JP2021049874A - Turbine for generation of propulsion force - Google Patents

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JP2021049874A JP2019174220A JP2019174220A JP2021049874A JP 2021049874 A JP2021049874 A JP 2021049874A JP 2019174220 A JP2019174220 A JP 2019174220A JP 2019174220 A JP2019174220 A JP 2019174220A JP 2021049874 A JP2021049874 A JP 2021049874A
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政明 柴田
Masaaki Shibata
政明 柴田
雅洋 尾崎
Masahiro Ozaki
雅洋 尾崎
片山 徹
Toru Katayama
徹 片山
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Eiwat Co Ltd
University Public Corporation Osaka
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Eiwat Co Ltd
University Public Corporation Osaka
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Abstract

To provide a turbine for generation of propulsion force usable as a generation source for propulsion force in a deep-sea explorer or a vessel and capable of facilitating saving energy.SOLUTION: A turbine for generation of propulsion force comprises: a turbine shaft reduced in diameter as proceeding from one end to the other end: and a plurality of turbine blades formed on a surface of the turbine shaft and extending spirally from one end to the other end of the turbine shaft, and defining a fluid channel between mutually adjacent turbine blades. The fluid channel comprises: a fluid inlet for conducting a fluid at one end of the turbine shaft; and a fluid outlet for ejecting the fluid in an axial direction of the turbine shaft at the other end of the turbine shaft. The fluid channel is reduced in channel area linearly as going along a flowing direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、推進力発生用タービンに関する。 The present invention relates to a turbine for generating propulsive force.

海底下の金属鉱物資源の探査や海底地図作成の為、無人海底探査機の開発が進められつつある。このような海底探査機は、長期間にわたって海底の探査を行うことが求められるため、海中を移動するための推進装置として、できるだけ省エネルギー化された推進装置の開発が望まれている。 Development of an unmanned seafloor probe is underway for exploration of metal and mineral resources under the seafloor and creation of seafloor maps. Since such a seafloor probe is required to search the seafloor for a long period of time, it is desired to develop a propulsion device that saves energy as much as possible as a propulsion device for moving in the sea.

本発明は、このような要望を解決するためになされたものであって、海底探査機や船舶等の推進装置の推進力発生源として利用可能で省エネルギー化が可能な推進力発生用タービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a demand, and provides a propulsion force generating turbine that can be used as a propulsion force generating source for a propulsion device such as a seabed probe or a ship and can save energy. The purpose is to do.

本発明の上記目的は、一方端から他方端に向けて縮径するタービン軸部と、前記タービン軸部の表面に形成され、該タービン軸部の一方端から他方端に向けて螺旋状にのびる複数のタービン羽根とを備えており、互いに隣接するタービン羽根同士の間で流体流路が画成されており、前記流体流路は、前記タービン軸部の一方端において流体を導き入れる流路入口及びタービン軸部の他方端において流体を前記タービン軸部の軸方向に噴出させる流体出口を有しており、前記流体流路は、その流れ方向に沿うに従い、流路面積が線型的に減少することを特徴とする推進力発生用タービンにより達成される。 The object of the present invention is to form a turbine shaft portion whose diameter is reduced from one end to the other end and a surface of the turbine shaft portion, and spirally extend from one end to the other end of the turbine shaft portion. A plurality of turbine blades are provided, and a fluid flow path is defined between turbine blades adjacent to each other, and the fluid flow path is a flow path inlet for guiding a fluid at one end of the turbine shaft portion. And at the other end of the turbine shaft portion, the fluid outlet is provided to eject the fluid in the axial direction of the turbine shaft portion, and the flow path area of the fluid flow path linearly decreases along the flow direction. It is achieved by a turbine for propulsion generation, which is characterized in that.

また、上記推進力発生用タービンにおいて、前記各タービン羽根の前記タービン軸部表面からの高さは、前記流体流路の流れ方向に沿うに従い高くなることが好ましい。 Further, in the above-mentioned turbine for generating propulsive force, it is preferable that the height of each turbine blade from the surface of the turbine shaft portion increases along the flow direction of the fluid flow path.

また、前記流路入口における前記タービン軸部表面からの前記タービン羽根高さHLと、前記流路出口における前記タービン軸部表面からの前記タービン羽根高さHTとの比(HT/HL)は、1.5〜2.3であることが好ましい。 Further, the ratio (HT / HL) of the turbine blade height HL from the turbine shaft surface at the flow path inlet to the turbine blade height HT from the turbine shaft surface at the flow path outlet is determined. It is preferably 1.5 to 2.3.

また、前記流路入口における前記流体流路の流路面積SLと、前記流路出口における前記流体流路の流路面積STとの比(ST/SL)が、0.4〜0.85の数値範囲となることが好ましい。 Further, the ratio (ST / SL) of the flow path area SL of the fluid flow path at the flow path inlet to the flow path area ST of the fluid flow path at the flow path outlet is 0.4 to 0.85. It is preferably in the numerical range.

また、前記流体流路の流路入口は、前記タービン軸部の一方端において、前記タービン軸部の軸方向に対して垂直な方向に向けて流体を導き入れることが好ましい。 Further, it is preferable that the flow path inlet of the fluid flow path guides the fluid at one end of the turbine shaft portion in a direction perpendicular to the axial direction of the turbine shaft portion.

本発明によれば、海底探査機や船舶等の推進装置の推進力発生源として利用可能で省エネルギー化が可能な推進力発生用タービンを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a propulsion force generating turbine that can be used as a propulsion force generating source for a propulsion device such as a seabed probe or a ship and can save energy.

本発明に係る推進力発生用タービンの概略構成斜視図である。It is a schematic configuration perspective view of the turbine for generating propulsion force which concerns on this invention. 本発明に係る推進力発生用タービンの概略構成側面図である。It is a schematic configuration side view of the turbine for propulsion generation which concerns on this invention. 本発明に係る推進力発生用タービンが備えるタービン軸部の概略構成断面図である。It is a schematic block diagram of the turbine shaft part included in the turbine for generating propulsion force which concerns on this invention. 本発明に係る推進力発生用タービンの概略構成正面図である。It is a schematic block front view of the turbine for propulsion generation which concerns on this invention. 本発明に係る推進力発生用タービンにおける流体流路に関し、流体流路面積の説明図である。It is explanatory drawing of the fluid flow path area about the fluid flow path in the propulsion force generation turbine which concerns on this invention. 図1に示す推進力発生用タービンの変形例を示す概略構成斜視図である。FIG. 3 is a schematic configuration perspective view showing a modified example of the propulsion force generating turbine shown in FIG. 1. 本発明に係る推進力発生用タービンを備える推進装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the propulsion apparatus provided with the turbine for generating propulsion force which concerns on this invention.

以下、本発明に係る推進力発生用タービン1について、添付図面を参照して説明する。なお、各図は、構成の理解を容易ならしめるために部分的に拡大・縮小している。図1は、本発明に係る推進力発生用タービン1の概略構成斜視図であり、図2は、その概略構成側面図である。本発明に係る推進力発生用タービン1は、モーター等の駆動装置によって回転させることにより、一方端側から海水等の流体を導き入れつつ、他方端側から該流体を噴出することによって、該推進力発生用タービン1を備える海底探査機や船舶を推進させるものである。この推進力発生用タービン1は、図1や図2に示すように、タービン軸部2と、該タービン軸部2の表面に設けられる複数のコルク栓抜き形のタービン羽根3とを備えている。なお、推進力発生用タービン1を形成する材料としては金属材料であれば特に限定されないが、強度や耐久性の観点からステンレスやアルミニウム合金から形成されることが好ましい。また、推進力発生用タービン1の製造方法についても特に限定されないが、例えば、削り出しによる一体加工や、タービン軸部2に対してタービン羽根3を溶接して加工する手法等を挙げることができる。 Hereinafter, the propulsive force generating turbine 1 according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Each figure is partially enlarged or reduced to facilitate understanding of the configuration. FIG. 1 is a schematic configuration perspective view of the propulsion force generating turbine 1 according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration side view thereof. The propulsion generating turbine 1 according to the present invention is propelled by rotating it with a driving device such as a motor to introduce a fluid such as seawater from one end side and eject the fluid from the other end side. It propels a submarine probe or a ship equipped with a force generating turbine 1. As shown in FIGS. 1 and 2, the propulsion generating turbine 1 includes a turbine shaft portion 2 and a plurality of cork bottle opener type turbine blades 3 provided on the surface of the turbine shaft portion 2. .. The material for forming the propulsive force generating turbine 1 is not particularly limited as long as it is a metal material, but it is preferably formed of stainless steel or an aluminum alloy from the viewpoint of strength and durability. Further, the method for manufacturing the turbine 1 for generating propulsive force is not particularly limited, and examples thereof include an integral machining by cutting and a method of welding the turbine blades 3 to the turbine shaft 2. ..

タービン軸部2は、図3の概略構成断面図に示すように、一方端から他方端に向けて縮径する形態を有している。タービン羽根3が設けられる領域21のタービン軸部2の輪郭は、タービン軸部2の軸線Zに沿う断面視において、円弧状及び放物線状の曲線を形成するように構成されている。 As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 3, the turbine shaft portion 2 has a form in which the diameter is reduced from one end to the other end. The contour of the turbine shaft portion 2 of the region 21 in which the turbine blade 3 is provided is configured to form arcuate and parabolic curves in a cross-sectional view along the axis Z of the turbine shaft portion 2.

コルク栓抜き形のタービン羽根3は、上述のようにタービン軸部2の表面に形成されており、図1及び図2に示すように、タービン軸部2の一方端から他方端に向けて螺旋状に延びるように構成されている。本実施形態においては、3つの螺旋状のタービン羽根3を備えるように構成されている。つまりタービン羽根3は三重螺旋の形態でタービン軸部2の表面に設けられている。また、互いに隣接するタービン羽根3同士の間で流体流路が画成されている。画成される3つの流体流路もそれぞれ螺旋状の流路を構成している。この流体流路は、タービン軸部2の一方端において流体を導き入れる流路入口を備え、また、タービン軸部2の他方端において流体をタービン軸部2の軸方向に噴出させる流体出口を有している。この流体出口から噴出される高圧の流体(噴流)の反動を、推進力として活用し、推進力発生用タービン1を備える海底探査機や船舶は推進することができる。 The cork bottle opener type turbine blade 3 is formed on the surface of the turbine shaft portion 2 as described above, and spirals from one end to the other end of the turbine shaft portion 2 as shown in FIGS. 1 and 2. It is configured to extend like a shape. In this embodiment, it is configured to include three spiral turbine blades 3. That is, the turbine blade 3 is provided on the surface of the turbine shaft portion 2 in the form of a triple helix. Further, a fluid flow path is defined between the turbine blades 3 adjacent to each other. Each of the three defined fluid channels also constitutes a spiral channel. This fluid flow path is provided with a flow path inlet for introducing the fluid at one end of the turbine shaft portion 2, and also has a fluid outlet for ejecting the fluid in the axial direction of the turbine shaft portion 2 at the other end of the turbine shaft portion 2. are doing. The reaction of the high-pressure fluid (jet) ejected from the fluid outlet can be utilized as a propulsive force, and a submarine probe or a ship equipped with a propulsive force generating turbine 1 can be propelled.

各タービン羽根3は、実質上同一構成であるが、図4の正面図(図2の矢視A方向から見た図)に示すように、3つそれぞれのタービン羽根3の前縁LEは、120°離れてタービン軸部2に配置されている。なお、各タービン羽根3の前縁LEは、タービン軸部2の最大直径部(タービン軸部2の一方端部)に位置している。また、3つそれぞれのタービン羽根3の後縁TEも同様に120°離れてタービン軸部2に配置されている。なお、各タービン羽根3の後縁TEは、タービン軸部2の他方端における最小直径部に位置している。また、タービン羽根3の前縁領域から流体(海水等)が流体流路に流入し、タービン羽根3の後縁領域から流体(海水等)が排出される。 Each turbine blade 3 has substantially the same configuration, but as shown in the front view of FIG. 4 (viewed from the direction of arrow A in FIG. 2), the front edge LE of each of the three turbine blades 3 is They are arranged on the turbine shaft 2 at a distance of 120 °. The front edge LE of each turbine blade 3 is located at the maximum diameter portion of the turbine shaft portion 2 (one end portion of the turbine shaft portion 2). Further, the trailing edge TEs of each of the three turbine blades 3 are also arranged on the turbine shaft portion 2 at a distance of 120 °. The trailing edge TE of each turbine blade 3 is located at the minimum diameter portion at the other end of the turbine shaft portion 2. Further, a fluid (seawater or the like) flows into the fluid flow path from the front edge region of the turbine blade 3, and the fluid (seawater or the like) is discharged from the trailing edge region of the turbine blade 3.

タービン軸部2の軸線周りの各タービン羽根3の全巻き角は、図4の正面図に示されている。各タービン羽根3の全巻き角は、各タービン羽根3の前縁LEから後縁TEへ円周に沿って伸びる度数として定義され、全巻き角は、図4において、タービン羽根3(3a)に対してA1、及び、タービン羽根3(3b)に対してA2、タービン羽根3(3c)に対してA3として示されている。各タービン羽根3の全巻き角A1,A2,A3としては、例えば、90°〜360°の範囲を挙げることができる。また、各タービン羽根3の全巻き角A1,A2,A3のより好ましい数値範囲としては、120°〜270°の範囲を挙げることができる。本実施形態においては、各タービン羽根3の全巻き角A1,A2,A3を180°に設定している。 The total winding angle of each turbine blade 3 around the axis of the turbine shaft portion 2 is shown in the front view of FIG. The total winding angle of each turbine blade 3 is defined as the frequency extending from the front edge LE of each turbine blade 3 to the trailing edge TE along the circumference, and the total winding angle is defined as the turbine blade 3 (3a) in FIG. On the other hand, A1 and turbine blade 3 (3b) are indicated as A2, and turbine blade 3 (3c) is indicated as A3. Examples of the total winding angles A1, A2, and A3 of each turbine blade 3 include a range of 90 ° to 360 °. Further, as a more preferable numerical range of the total winding angles A1, A2, A3 of each turbine blade 3, a range of 120 ° to 270 ° can be mentioned. In the present embodiment, the total winding angles A1, A2, and A3 of each turbine blade 3 are set to 180 °.

また、図2に示すように、タービン羽根3の前縁LEは、タービン軸部2の軸線Zと平行となるように形成されており、タービン羽根3の後縁TEは、タービン軸部2の軸線Zに対して垂直となるように形成されている。換言すると、螺旋状の各タービン羽根3は、図2の上方から下方に沿って該タービン羽根3を見た場合に、垂直な前縁LEから水平な後縁TEに徐々に遷移するように構成されている。タービン羽根3がこのような形態を有することにより、各タービン羽根3により画成される流体流路に対して、タービン軸部2の軸線Z(回転軸)に対して垂直な方向に向けて流体入口が流体(海水等)を導き入れることができ、また、タービン軸部2の軸線(回転軸線)の方向に流体(海水等)を噴出させることができる。 Further, as shown in FIG. 2, the front edge LE of the turbine blade 3 is formed so as to be parallel to the axis Z of the turbine shaft portion 2, and the trailing edge TE of the turbine blade 3 is the turbine shaft portion 2. It is formed so as to be perpendicular to the axis Z. In other words, each of the spiral turbine blades 3 is configured to gradually transition from the vertical front edge LE to the horizontal trailing edge TE when the turbine blades 3 are viewed from above to below in FIG. Has been done. Since the turbine blades 3 have such a shape, the fluid is directed in a direction perpendicular to the axis Z (rotational axis) of the turbine shaft portion 2 with respect to the fluid flow path defined by each turbine blade 3. The inlet can introduce a fluid (seawater or the like), and the fluid (seawater or the like) can be ejected in the direction of the axis (rotational axis) of the turbine shaft portion 2.

また、本発明においては、各タービン羽根3のタービン軸部2表面からの高さは、流体流路の流れ方向に沿うに従い高くなるように構成されている。つまり、各タービン羽根3のタービン軸部2表面からの高さは、流体流路の流路入口から流路出口に向かうに従い、徐々にその高さが高くなるように構成されている。なお、タービン羽根3の高さは、タービン軸部2の表面に対して垂直な方向の寸法を意味する。 Further, in the present invention, the height of each turbine blade 3 from the surface of the turbine shaft portion 2 is configured to increase along the flow direction of the fluid flow path. That is, the height of each turbine blade 3 from the surface of the turbine shaft portion 2 is configured to gradually increase from the flow path inlet to the flow path outlet of the fluid flow path. The height of the turbine blade 3 means a dimension in the direction perpendicular to the surface of the turbine shaft portion 2.

また、上記構成のタービン羽根3により画成される流体流路は、図5に示す流体流路面積の説明図に示すように、その流れ方向に沿うに従い、流路面積が線型的に減少するように構成されている。つまり、流体流路の流路面積は、流路入口から流路出口に向かうに従い、略一定の割合で徐々に減少するように構成されている。このような構成により、流路入口から流路出口に向けて流れる流体(海水等)は、流れ方向下流側に向かうに従い圧縮されると共に、その速度が上昇していくこととなる。ここで、流体流路の流路面積とは、流体の流れ方向に対して垂直な平面における流路の面積を意味する。なお、図5は、縦軸に流体流路の面積を採り、横軸に流体の流れ方向に沿う距離を採り、流体の流れ方向に沿って見た場合の流体流路の流路面積の変化を示したグラフである。 Further, as shown in the explanatory diagram of the fluid flow path area shown in FIG. 5, the flow path area of the fluid flow path defined by the turbine blades 3 having the above configuration linearly decreases along the flow direction. It is configured as follows. That is, the flow path area of the fluid flow path is configured to gradually decrease at a substantially constant rate from the flow path inlet to the flow path outlet. With such a configuration, the fluid (seawater or the like) flowing from the flow path inlet to the flow path outlet is compressed and its speed increases toward the downstream side in the flow direction. Here, the flow path area of the fluid flow path means the area of the flow path in a plane perpendicular to the flow direction of the fluid. In FIG. 5, the vertical axis represents the area of the fluid flow path, the horizontal axis represents the distance along the fluid flow direction, and the change in the flow path area of the fluid flow path when viewed along the fluid flow direction. It is a graph showing.

本発明に係る推進力発生用タービン1は、上述のように、タービン羽根同士の間で画定される流体流路が、その流れ方向に沿うに従い、流路面積が線型的に減少するように構成されているため、モーター等の駆動装置によって回転させることにより、タービン軸部2の一方端に導き入れられ、他方端から噴出する流体(海水等)が、各流体流路内をスムーズに流通することが可能となる。この結果、推進力発生用タービン1を回転させるためにモーター等の駆動装置に供給される電力量を少ないものとすることが可能となり、省エネルギーで海底探査機や船舶等を推進させることが可能となる。 As described above, the propulsion force generating turbine 1 according to the present invention is configured such that the fluid flow path defined between the turbine blades linearly decreases in the flow direction along the flow direction. Therefore, the fluid (seawater, etc.) that is introduced into one end of the turbine shaft 2 and ejected from the other end by rotating by a driving device such as a motor smoothly flows in each fluid flow path. It becomes possible. As a result, it is possible to reduce the amount of electric power supplied to a drive device such as a motor in order to rotate the propulsion force generating turbine 1, and it is possible to propel a submarine probe, a ship, etc. with energy saving. Become.

また、図1に示されているように、タービン羽根3は、タービン軸部2の軸線Zの周りに前縁LEから後縁TEに向けて螺旋状となる形態を有していることから、各タービン羽根(3a,3b,3c)は、各々、凸形の側面31、及び、凹形の側面32をそれぞれ備えている。ここで、モータ等の駆動装置によって、推進力発生用タービン1を図1及び図4に示された矢印Bの方向に回転させると(図4においては反時計回りに回転させると)、各流体流路をタービン軸部2の一方端側から他方端側に流れる流体(海水等)の作用により、各タービン羽根3の凸形の側面31は、タービン羽根3の高圧側となり、各タービン羽根3の凹形の側面32は、タービン羽根3の低圧側となる。このようにタービン羽根3の凸形の側面31を高圧側、各タービン羽根3の凹形の側面32を低圧側として構成できることから、推進力発生用タービン1に対して、図1や図4の矢印B方向への回転を補助するような力(各タービン羽根3において生じる揚力に基づく力)が発生することになる。これにより、推進力発生用タービン1を回転させるためにモーター等の駆動装置に供給される電力量をより一層少ないものとすることが可能となり、より省エネルギーで海底探査機や船舶等を推進させることが可能となる。 Further, as shown in FIG. 1, the turbine blade 3 has a shape spiraling from the front edge LE to the trailing edge TE around the axis Z of the turbine shaft portion 2. Each turbine blade (3a, 3b, 3c) has a convex side surface 31 and a concave side surface 32, respectively. Here, when the propulsion force generating turbine 1 is rotated in the direction of the arrow B shown in FIGS. 1 and 4 by a driving device such as a motor (rotated counterclockwise in FIG. 4), each fluid is rotated. Due to the action of a fluid (seawater or the like) flowing through the flow path from one end side to the other end side of the turbine shaft portion 2, the convex side surface 31 of each turbine blade 3 becomes the high pressure side of the turbine blade 3, and each turbine blade 3 The concave side surface 32 of the above is the low pressure side of the turbine blade 3. Since the convex side surface 31 of the turbine blades 3 can be configured as the high pressure side and the concave side surface 32 of each turbine blade 3 can be configured as the low pressure side, the propulsive force generating turbine 1 is shown in FIGS. 1 and 4. A force (a force based on the lift generated in each turbine blade 3) is generated to assist the rotation in the direction of the arrow B. As a result, the amount of electric power supplied to the drive device such as a motor for rotating the propulsion force generating turbine 1 can be further reduced, and the submarine probe, the ship, etc. can be propelled with more energy saving. Is possible.

また、タービン羽根3のタービン軸部2の表面からの高さが、流体流路の流れ方向に沿うに従い高くなるように構成しているため、特に、流体(水)の流速が上昇する流体流路の下流側において、各タービン羽根3の凸形の側面31(高圧側)と、各タービン羽根3の凹形の側面32(低圧側)との間で、極めて高い圧力差を生じさせることが可能となる。この結果、各タービン羽根3に作用する揚力が増加して、推進力発生用タービン1に対して、図1や図4の矢印B方向への回転を補助するような力が大きく発生し、モーター等の駆動装置に供給される電力量を更に一層少ないものとすることができ、省エネルギー化することが可能となる。 Further, since the height of the turbine blade 3 from the surface of the turbine shaft portion 2 is configured to increase along the flow direction of the fluid flow path, the fluid flow in which the flow velocity of the fluid (water) increases is particularly high. On the downstream side of the road, an extremely high pressure difference can be generated between the convex side surface 31 (high pressure side) of each turbine blade 3 and the concave side surface 32 (low pressure side) of each turbine blade 3. It will be possible. As a result, the lift acting on each turbine blade 3 increases, and a large force is generated for the propulsion generating turbine 1 to assist the rotation in the direction of arrow B in FIGS. 1 and 4, and the motor The amount of electric power supplied to the drive device such as the above can be further reduced, and energy can be saved.

ここで、図2を参照して、各タービン羽根3のタービン軸部2の表面からの高さに関して、流路入口におけるタービン軸部2の表面からのタービン羽根3の高さHLと、流路出口におけるタービン軸部2の表面からのタービン羽根3の高さHTとの比(HT/HL)が、1.5〜2.5の数値範囲となるように構成することが好ましい。また、1.7〜2.2の数値範囲となるように構成することがより好ましい。なお、タービン羽根3の高さHLは、タービン羽根3の前縁LEの高さに対応し、タービン羽根3の高さHTは、タービン羽根3の後縁TEの高さに対応する。このように、比(HT/HL)の値が、1.5〜2.5の数値範囲となるように構成することにより、より一層、タービン軸部2の一方端に導き入れられ、他方端から噴出する流体(海水等)が、各流体流路内をスムーズに流通することが可能となる。 Here, with reference to FIG. 2, with respect to the height of each turbine blade 3 from the surface of the turbine shaft portion 2, the height HL of the turbine blade 3 from the surface of the turbine shaft portion 2 at the flow path inlet and the flow path. It is preferable that the ratio (HT / HL) of the height HT of the turbine blade 3 from the surface of the turbine shaft portion 2 at the outlet is in the numerical range of 1.5 to 2.5. Further, it is more preferable to configure the numerical range to be in the numerical range of 1.7 to 2.2. The height HL of the turbine blade 3 corresponds to the height of the front edge LE of the turbine blade 3, and the height HT of the turbine blade 3 corresponds to the height of the trailing edge TE of the turbine blade 3. In this way, by configuring the ratio (HT / HL) value to be in the numerical range of 1.5 to 2.5, it is further guided to one end of the turbine shaft portion 2 and the other end. The fluid (seawater, etc.) ejected from the turbine can smoothly circulate in each fluid flow path.

また、タービン羽根3により画成される流体流路に関し、図5に示す流体流路面積の説明図に示す流路入口における流路面積SLと、流路出口における流路面積STとに関し、両者の比(ST/SL)は、0.4〜0.9の数値範囲となるように構成することが好ましい。また、0.5〜0.8の数値範囲となるように構成することがより好ましい。このような数値範囲となるように、比(ST/SL)の値を設定することにより、更に各流体流路内をスムーズに海水等の流体が流通することが可能となり、推進力発生用タービン1を駆動させるためにモーター等の駆動装置に供給される電力量を更に一層少ないものとすることができ、省エネルギー化することが可能となる。 Further, regarding the fluid flow path defined by the turbine blades 3, both the flow path area SL at the flow path inlet and the flow path area ST at the flow path outlet shown in the explanatory view of the fluid flow path area shown in FIG. The ratio (ST / SL) of is preferably configured to be in the numerical range of 0.4 to 0.9. Further, it is more preferable to configure it so that it has a numerical range of 0.5 to 0.8. By setting the ratio (ST / SL) value so that it is within such a numerical range, it becomes possible for fluids such as seawater to flow smoothly in each fluid flow path, and the turbine for propulsion generation. The amount of electric power supplied to a driving device such as a motor for driving 1 can be further reduced, and energy saving can be achieved.

本発明に係る推進力発生用タービン1に関し、上記においては、タービン羽根3を3枚備える構成について説明したが、このような構成に特に限定されず、2枚のタービン羽根3を備えるように構成してもよく、或いは、4枚以上のタービン羽根3を備えるように構成してもよい。 Regarding the propulsive force generating turbine 1 according to the present invention, the configuration including three turbine blades 3 has been described above, but the configuration is not particularly limited to such a configuration, and the configuration is configured to include two turbine blades 3. Alternatively, it may be configured to include four or more turbine blades 3.

ここで、図6に示すように、推進力発生用タービン1のタービン軸部2の他方端に、タービン軸部2の軸方向に沿って伸びる突起体22を設けるように構成してもよい。このような突起体22を備えることにより、推進力発生用タービン1から噴出される流体(海水等)の整流効果を高めることができ、推進力発生用タービン1を回転させるためにモーター等の駆動装置に供給される電力量をより一層少ないものとすることが期待される。 Here, as shown in FIG. 6, a protrusion 22 extending along the axial direction of the turbine shaft 2 may be provided at the other end of the turbine shaft 2 of the propulsion generating turbine 1. By providing such a protrusion 22, the rectifying effect of the fluid (seawater or the like) ejected from the propulsion generating turbine 1 can be enhanced, and a motor or the like is driven to rotate the propulsion generating turbine 1. It is expected that the amount of power supplied to the device will be even smaller.

次に、上記構成の推進力発生用タービン1を備える推進装置10の一例について説明する。この推進装置10は、図7の概略模式構成図に示すように、上部ケーシング6と、下部ケーシング7と、推進力発生用タービン1と、モーター等の駆動装置8とを備えている。なお、推進力発生用タービン1は、上述の構造を備えるものであるため、以下において構造に関する詳細な記載は省略する。 Next, an example of the propulsion device 10 including the propulsion force generating turbine 1 having the above configuration will be described. As shown in the schematic schematic configuration diagram of FIG. 7, the propulsion device 10 includes an upper casing 6, a lower casing 7, a propulsion force generating turbine 1, and a drive device 8 such as a motor. Since the propulsion force generating turbine 1 has the above-mentioned structure, detailed description of the structure will be omitted below.

上部ケーシング6は、中央開口部を有する有底筒状に構成される部材である。上部ケーシングの周壁は、その内面が、中央部開口部に配置される推進力発生用タービン1との間に所定寸法離間した状態となるように構成される。 The upper casing 6 is a member having a central opening and having a bottomed tubular shape. The peripheral wall of the upper casing is configured so that its inner surface is separated from the propulsion generating turbine 1 arranged at the central opening by a predetermined dimension.

下部ケーシング7は、上部ケーシング6の下方に配置されており、上方から下方に向かうに従い徐々に縮径する内周面を有する筒状部71を備えている。また、下部ケーシング7における上方から下方に向かうに従い徐々に縮径する筒状部71は、推進力発生用タービン1におけるタービン羽根3の立設方向側の端縁との間で僅かな隙間を形成するように構成されている。この隙間はできるだけ小さくなるように構成されることが好ましい。 The lower casing 7 is arranged below the upper casing 6 and includes a tubular portion 71 having an inner peripheral surface whose diameter gradually decreases from the upper side to the lower side. Further, the tubular portion 71 of the lower casing 7 whose diameter gradually decreases from the upper side to the lower side forms a slight gap with the edge of the turbine blade 3 on the erection direction side of the propulsion force generating turbine 1. It is configured to do. It is preferable that this gap is configured to be as small as possible.

推進力発生用タービン1は、上部ケーシング6の中央開口部及び下部ケーシング7の筒状部71の内側に回転可能に配置される。 The propulsive force generating turbine 1 is rotatably arranged inside the central opening of the upper casing 6 and the tubular portion 71 of the lower casing 7.

モーター等の駆動装置8は、上部ケーシング6の上方に配置されている。この駆動装置8は、伝達軸9を介して推進力発生用タービン1に接続されており、駆動装置8の回転によって推進力発生用タービン1を回転させることが可能に構成されている。 The drive device 8 such as a motor is arranged above the upper casing 6. The drive device 8 is connected to the propulsion force generating turbine 1 via a transmission shaft 9, and is configured so that the propulsion force generating turbine 1 can be rotated by the rotation of the drive device 8.

駆動装置8の作用により推進力発生用タービン1を回転させることにより、上部ケーシングの周壁の内側に存在する海水等の流体は、推進力発生用タービン1の回転軸線に対して垂直な上部ケーシング6の底面に沿って流体流路の流体入口に流入し、各流体流路を流れる際に加圧され、タービン軸部2の他端部側の流体出口から噴出する。噴出する流体の噴出方向は、タービン軸部2の軸方向に沿う方向であり、この流体出口から噴出される高圧の流体(噴流)の反動により、流体の噴出方向とは反対側に向かって、推進力発生用タービン1を備える海底探査機や船舶は推進することとなる。ここで、流体出口から噴出された流体によって形成される推進装置10の後流は、推進力発生手段として一般的に使用されるいわゆるプロペラによる後流よりも直線性に富んだ流れ(直線的な流れ)となる。これにより、プロペラを搭載した推進装置と比べ、本発明に係る推進力発生用タービン1を搭載した推進装置の方が、高い推進性能を発揮することとなる。また、例えば、海底付近を海底探査機が航行しているような場合に、後流によって海底の泥を巻き上げてしまうような事態が発生することを効果的に抑制することが可能となる。 By rotating the propulsion generating turbine 1 by the action of the drive device 8, the fluid such as seawater existing inside the peripheral wall of the upper casing flows into the upper casing 6 perpendicular to the rotation axis of the propulsion generating turbine 1. It flows into the fluid inlet of the fluid flow path along the bottom surface of the turbine, is pressurized when flowing through each fluid flow path, and is ejected from the fluid outlet on the other end side of the turbine shaft portion 2. The ejection direction of the ejected fluid is a direction along the axial direction of the turbine shaft portion 2, and due to the reaction of the high-pressure fluid (jet) ejected from this fluid outlet, the direction opposite to the ejection direction of the fluid Submarine probes and ships equipped with the propulsion force generating turbine 1 will be propelled. Here, the wake of the propulsion device 10 formed by the fluid ejected from the fluid outlet is a more linear flow (linear) than the wake of a so-called propeller generally used as a propulsive force generating means. Flow). As a result, the propulsion device equipped with the propulsion force generating turbine 1 according to the present invention exhibits higher propulsion performance than the propulsion device equipped with the propeller. Further, for example, when a seabed probe is navigating near the seabed, it is possible to effectively suppress the occurrence of a situation in which mud on the seabed is rolled up by a wake.

1 推進力発生用タービン
2 タービン軸部
3 タービン羽根
6 上部ケーシング
7 下部ケーシング
71 筒状部
8 駆動装置
10 推進装置
LE タービン羽根の前縁
TE タービン羽根の後縁
1 Turbine for propulsion generation 2 Turbine shaft 3 Turbine blade 6 Upper casing 7 Lower casing 71 Cylindrical part 8 Drive device 10 Propulsion device LE Turbine blade front edge TE Turbine blade trailing edge

Claims (5)

一方端から他方端に向けて縮径するタービン軸部と、
前記タービン軸部の表面に形成され、該タービン軸部の一方端から他方端に向けて螺旋状にのびる複数のタービン羽根とを備えており、
互いに隣接するタービン羽根同士の間で流体流路が画成されており、
前記流体流路は、前記タービン軸部の一方端において流体を導き入れる流路入口及びタービン軸部の他方端において流体を前記タービン軸部の軸方向に噴出させる流体出口を有しており、
前記流体流路は、その流れ方向に沿うに従い、流路面積が線型的に減少することを特徴とする推進力発生用タービン。
A turbine shaft that reduces in diameter from one end to the other,
It is provided with a plurality of turbine blades formed on the surface of the turbine shaft portion and spirally extending from one end to the other end of the turbine shaft portion.
A fluid flow path is defined between turbine blades adjacent to each other.
The fluid flow path has a flow path inlet for introducing the fluid at one end of the turbine shaft portion and a fluid outlet for ejecting the fluid in the axial direction of the turbine shaft portion at the other end of the turbine shaft portion.
The fluid flow path is a turbine for generating propulsive force, characterized in that the flow path area linearly decreases along the flow direction.
前記各タービン羽根の前記タービン軸部表面からの高さは、前記流体流路の流れ方向に沿うに従い高くなることを特徴とする請求項1に記載の推進力発生用タービン。 The propulsion force generating turbine according to claim 1, wherein the height of each turbine blade from the surface of the turbine shaft portion increases along the flow direction of the fluid flow path. 前記流路入口における前記タービン軸部表面からの前記タービン羽根高さHLと、前記流路出口における前記タービン軸部表面からの前記タービン羽根高さHTとの比(HT/HL)は、1.5〜2.5であることを特徴とする請求項2に記載の推進力発生用タービン。 The ratio (HT / HL) of the turbine blade height HL from the turbine shaft surface at the flow path inlet to the turbine blade height HT from the turbine shaft surface at the flow path outlet is 1. The propulsive force generating turbine according to claim 2, wherein the turbine is 5 to 2.5. 前記流路入口における前記流体流路の流路面積SLと、前記流路出口における前記流体流路の流路面積STとの比(ST/SL)は、0.4〜0.85であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の推進力発生用タービン。 The ratio (ST / SL) of the flow path area SL of the fluid flow path at the flow path inlet to the flow path area ST of the fluid flow path at the flow path outlet is 0.4 to 0.85. The propulsive force generating turbine according to any one of claims 1 to 3. 前記流体流路の流路入口は、前記タービン軸部の一方端において、前記タービン軸部の軸方向に対して垂直な方向に向けて流体を導き入れることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の推進力発生用タービン。 Claims 1 to 4, wherein the flow path inlet of the fluid flow path guides the fluid at one end of the turbine shaft portion in a direction perpendicular to the axial direction of the turbine shaft portion. The turbine for propulsion generation described in either.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114435573A (en) * 2022-02-17 2022-05-06 交通运输部天津水运工程科学研究所 Marine turbine propeller

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