JP3382252B2 - 2行程、低速内燃機関により推進される船舶 - Google Patents

2行程、低速内燃機関により推進される船舶

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JP3382252B2 JP51807996A JP51807996A JP3382252B2 JP 3382252 B2 JP3382252 B2 JP 3382252B2 JP 51807996 A JP51807996 A JP 51807996A JP 51807996 A JP51807996 A JP 51807996A JP 3382252 B2 JP3382252 B2 JP 3382252B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンのクランクシャフトと、該クラン
クシャフトと船舶のプロペラとを相互に接続するトラン
スミッションのシャフトと、シャフトシステム(軸系
統)内の軸方向振動を減衰させるべくシャフトの一部分
に作用するダンパ(減衰)装置とから成る軸系統を有
し、該減衰装置が、液圧シリンダ内に配置されたピスト
ンを有し、液圧チャンバがピストンのそれぞれの側部に
て軸方向に配置され、ピストンとシリンダとが相対的に
軸方向に動く結果、液圧流体が絞った流路を介して2つ
の液圧チャンバの間を流れるようにした、2行程、低速
内燃機関により推進される船舶に関する。
スイス国特許第398,179号には、クランクシャフトの
前端に取り付けられた減衰装置を備える上記の船舶が記
載されている。ピストンを有するこのシャフト部分は、
クランクシャフトの前端にボルト止めされたシャフト部
分によって構成され、液圧シリンダは、前端の主軸受に
てエンジンフレームにボルト止めされている。この公知
の減衰装置によれば、その振動がクランクシャフトに対
して機械的な損傷を生じさせないような程度までクラン
クシャフト内の軸方向振動を減衰させる。
英国特許第863,752号には、同様な型式の減衰装置を
備える内燃機関が記載されており、この場合、上記のス
イス国特許におけると同様に、ピストンは、エンジンの
前端にてシャフト部分に取り付けられ、液圧シリンダ
は、エンジンのオイルパンにボルト止めされている。
日本国の特公平第6−147259号には、上記型式の減衰
装置が記載されており、この場合、ピストンは、クラン
クシャフトに固定され、液圧シリンダは、エンジンフレ
ームに固定されている。日本国の特公平第6−147270号
には、減衰装置が記載され、この場合、ピストンは、エ
ンジンフレームに固定されたディスクにより構成され、
該ディスクは、クランクシャフトに固定された2つのカ
ラー(液圧シリンダの端部壁として機能する)の間に配
置されている。
ドイツ国特許第1,675,554号には、液圧シリンダがエ
ンジンの前端にてエンジンフレームに締結され、シリン
ダ内に軸支されたピストンがエンジンのクランクシャフ
トの前端に締結された、船舶用エンジンが記載されてい
る。このピストンは、後方への軸方向力(クランクシャ
フトの軸方向への固有周波数を増大させる力)を発生さ
せる液圧ピストンにより作動される。
軸系統の軸方向の振動状況に影響を及ぼす公知の液圧
ピストンシリンダ装置の共通の特徴としては、これらの
装置がエンジンに前端にてクランクシャフトの伸長部に
取り付けられること、また、これらの装置がクランクシ
ャフト自体の振動の問題点を解消し得ることである。
船体自体の適当な位置に振動補償装置を取り付けるこ
とにより、船舶の船体における振動の問題点を解決する
ことも更に公知である。かかる振動補償装置は、エンジ
ンの回転数と同期化して回転されて、周期的に変化する
力を発生させ、その力が船舶の推進系統から発生される
船体の振動を減衰させるようにした、回転する質量体を
1つ、又は2つ以上備えることが公知である。デンマー
クの会社である、FLSマスキンファブリック(Maskinfab
rik)は、例えば、軸系統内の軸方向振動と逆位相にて
周期的に変化する軸方向力を発生させるべく、軸系統内
でスラスト軸受に並んで取り付けられる振動補償装置を
販売している。この形態による船体の振動の減衰方法の
不利益な点の一つは、振動補償装置が比較的、複雑な構
造であり、特に、エンジンと同期化して制御することが
難しく、また、船体及び(スラスト軸受の台板のよう
な)関係する構造体がスラスト軸受及び補償装置の双方
からの応力(相当に大きいことが多い)により局部的な
影響を受けることである。
従来の船舶において、その船体は、典型的に、甲板、
船楼等(これらは、通常、好ましくない船体の振動の影
響を受けない)のような、船の長手方向に細長い構成要
素から成っている。過去25年に亙って、従来の商船の設
計は、著しく変化しており、特に、船楼の外観は著しく
異なっている。これは、特に、乗組員の数を少なくする
ことが常に要求され、その結果、船楼における必要スペ
ースが少なくなっているためである。今日では、その節
約されたスペースが貨物のために利用されるようにする
ため、船楼の長さは短くなっている。これと同時に、エ
ンジンルームは、可能な限り、船尾方向に移動してお
り、その結果、トランスミッションのシャフトの長さが
短くなり、これに伴いシャフトが振動するときの固有周
波数が高くなる。
本発明の目的は、船体の設計、貨物の分配、及び積み
込み、荷揚げ時における貨物の取り扱いを考慮して、エ
ンジンルームが船舶の更に船首方向に位置している場合
であっても、軸系統の軸方向振動に起因して船楼の内外
で生ずる船体の振動を簡単で且つ経済的な方法で軽減
し、又は防止することである。
上記事情に鑑みて、発明による船舶(コンテナ船のよ
うな船舶)は、エンジンルームの船尾方向に配置された
幾つかの貨物用船倉を有しており、また、船舶の上甲板
から突き出た背の高い船楼を備えている。また、トラン
スミッションのシャフトの長さが40m以上あり、減衰装
置が作用するシャフト部分は、エンジンから相当に離れ
た距離の位置にてトランスミッションのシャフト内に配
置される。また、ピストン、又は液圧シリンダは、船舶
の船体に確実に接続されている。
このように、減衰装置は、船舶の船体に確実に接続さ
れた固定部分と、トランスミッションのシャフト部分の
軸方向への動きに従動する可動部分とを備えている。
上記の減衰装置の配置位置は、液圧で作動する減衰装
置をクランクシャフト、特に、その前端に配置しなけれ
ばならないことを教示する、十分に確立された従来技術
とは異なるものである。
この液圧作動式の簡単な減衰装置は、トランスミッシ
ョンのシャフトにおける軸方向振動をより無害な程度ま
で減衰させる。また、この船楼の振動は、複雑で且つか
なりコストのかかる公知の振動補償装置(回転する質量
体を備えるもの)を使用する必要がない程度にまで減衰
させることが可能である。
積み込み及び荷揚げ時に、同一の船舶に何台かのクレ
ーンが使用されるとき、幾つかの貨物用船倉がクレーン
で直ちにアクセス可能なエンジンルームの船尾方向位置
にあるようにすることが有利である。船尾が極めて細い
場合、即ち、船体が高速度にて適宜に低い推進抵抗力を
得られるようにブロック係数を小さくしたとき、船首方
向に位置するエンジンルームは、船体により容易に組み
込むことが可能である。
展望及び船舶の航行に鑑みて、船楼は、最も背の高い
甲板積み貨物よりもより高くなければならないため、特
に、上甲板の上に互いに7つ、又は8つのコンテナが積
み重ねられるコンテナ船の場合、船楼の高さは極めて高
くなる。船楼の高さが高いことと、その長さが短いこと
とが相俟って、船体の長手方向への振動に起因して、好
ましくない振動が生ずる可能性がある。
船楼の船尾方向に幾つかの貨物ホールドを配置するこ
と(船に積み込むときに有利である)の結果、トランス
ミッションのシャフトの長さが長くなり、また、関係す
る質量も増大して、剛性が比較的小さくなる。このた
め、軸方向振動のその固有周波数は、主として、シャフ
トの長さによって決まる(オルガンのパイプの固有周波
数がパイプの長さにのみ依存するのと全く同じことであ
る)。このため、プロペラの影響を無視すれば、軸方向
振動の固有周波数は、シャフトの長さと逆比例して、長
さ40mのシャフトの場合、その固有周波数は、15Hz以下
となる。低速度、2行程の舶用クロスヘッドエンジン
は、典型的に、公称速度が約2回転/秒であり、軸方向
振動を励起させる最も大きい原因となるものは、プロペ
ラ、より具体的には、その調和振動(その振動程度は、
プロペラの羽根の数に対応する)である。2回転/秒に
て回転する6枚羽根のプロペラの場合、主たる励起周波
数は、12Hzとなる。これは、シャフトの自然周波数(自
然振動数)に近く、又は、この周波数に等しく、このた
め、船体に相当量の振動が伝達される可能性がある。こ
れを防止するため、これらの振動は、減衰装置の可動部
分をエンジンから相当に離れた距離の位置にてトランス
ミッションのシャフトに取り付ける一方、減衰装置の固
定部分は、船の船体に取り付け、軸方向振動の結果、ピ
ストンとシリンダとが相対的に動き、その結果、チャン
バ間にて液圧液体が圧送されるようにする。その可動部
分がトランスミッションのシャフトの軸方向振動に自然
に関与するため、この減衰装置は、エンジンの回転数と
調和させるように制御する必要がない。
このプロペラは、シャフトの自由端(軸方向振動が最
大となる箇所である)に位置決めされる一方、振動は、
エンジンの後端に設けられたスラスト軸受にて最小とな
る。ピストンとシリンダとの相対的な動作を可能な限り
最大にするため、この減衰装置は、最も船尾側の自立構
造ジャーナル軸受にて適宜にトランスミッションのシャ
フトに対する最も船尾側のジャーナル軸受の1つに取り
付けることができる。
このトランスミッションのシャフトは、減衰装置の一
部を構成する、半径方向に突出するカラーを少なくとも
1つ備えることが好ましい。このカラーは、例えば、ピ
ストンを構成するようにしてもよい。この設計は構造的
に簡単であり、シャフトの長手方向軸線に対して同軸状
に作用する減衰力を発生させる。しかし、トランスミッ
ションのシャフトに並べて1つ、又は2つ以上のピスト
ンを配置し且つコンソールを介して該シャフトと接続す
る場合には、必ずしもこの減衰力は生じない。
このトランスミッションのシャフトは、シリンダの端
部壁を形成する、軸方向に突き出たカラーを2つ備える
ように形成することもでき、また、その2つのカラーの
間に配置されたピストンを船の船体と確実に接続するこ
とができる。
以下に、極く概略図で図示した添付図面に関して、一
例としての実施の形態に関して、本発明を詳細に説明す
る。添付図面において、 図1は、船の側面図、 図2は、図1の船のトランスミッションの部材に取り
付けられた減衰装置を示す図である。
コンテナ船1は、横隔壁と、内部の底部、すなわちは
タンクの頂板とにより、周知の方法にて複数の船倉3に
仕切られた船体2を備えている。これらの船倉3は、ハ
ッチカバー4により閉じられて、このハッチカバーの上
には、破線5で示した高さまでコンテナを甲板積み貨物
として積み重ねることができる。図示した実施の形態に
おいて、コンテナは、7つの層まで積み重ねて、全高さ
が20m以上となる。このことは、その船舶の船楼6の高
さは、25乃至30mなければならないことを意味する。約3
2mの船の典型的な幅、及び8mの船楼において、9つの床
があり、その合計面積は、約2300m2となる(現在の12乃
至14名の乗組員では利用し切れない程の面積である)。
このため、この船楼は、長さが僅か6mにしか過ぎない
が、それでも広いスペースが得られる。背が高く且つ幅
の狭い船楼は、長手方向振動に対する自然周波数が低
い。
この船楼6は、その船尾方向に幾つかの船倉に対する
スペースを提供し得るように配置されており、船楼に邪
魔されずにコンテナクレーンによって幾つかの船倉内の
積み荷の積み降ろしをすることができる。図示した実施
の形態において、船尾には、40フィートコンテナ用の船
倉が5つある。
船体内のスペースを適正に利用し得るようにするた
め、エンジンルームは、船楼6の下方、即ち、船舶のプ
ロペラ7から離れた距離の位置に配置されている。内燃
機関8は、トランスミッションシャフト9を介して定ピ
ッチプロペラに接続されている。このトランスミッショ
ンのシャフトは、1つ、又は2つ以上の中間シャフト
と、プロペラを支承するプロペラシャフとから成ってい
る。この船首方向の中間シャフトは、通常、エンジンの
後端に設けられたスラスト軸受を介して、クランクシャ
フトと接続されている。このため、トランスミッション
のシャフトの全体は、スラスト軸受にて、軸方向に実質
的に締結されている。このエンジンは、典型的に、全負
荷時における公称速度が70乃至160rpmの範囲内、典型的
に、110rpm以下の大型の2行程クロスヘッドエンジンで
ある。図示した実施の形態において、このトランスミッ
ションのシャフトは、長さが約60mであり、そのエンジ
ンの出力は、94rpmの公称速度にて約50,000kWである。
このトランスミッションのシャフトは、シャフトの通
路9′を貫通してエンジンルームから伸長し、さらに船
尾を貫通してプロペラ7まで更に伸長している。このシ
ャフト9は、従来の方法にて、シャフトの長さに沿って
配分された多数のジャーナル軸受により支持されてい
る。
このプロペラの羽根の数は、その直径、及び水に伝達
される出力に対応させてある。例えば、4枚乃至8枚の
羽根を設けることができる。羽根が6枚以上で且つ速度
が94rpm以上のとき、トランスミッションのシャフトに
おける軸方向振動に対する主たる励起周波数は、9.4Hz
となり、この周波数は、長さが60mのシャフトの場合、
シャフトの軸方向振動の固有周波数に略等しい。
これらの軸方向振動は、スラスト軸受を通じて、船舶
の船体に伝達される。この船体において、振動は、船
体、又は船楼内の横板パネル、又は船楼の全体を長手方
向に望ましくない方法で振動させる。これを防止するた
めには、軸方向振動は、全体として符号10で示した減衰
装置により減衰されて、この減衰装置は、図2に図示す
るように、トランスミッションのシャフトのジャーナル
軸受の1つ(好ましくは、最船尾方向の自立構造ジャー
ナル軸受11)の側部に取り付けることができる。
ジャーナル軸受から突出するシャフト部分12の上に
て、該シャフトには、半径方向に突出する環状カラーの
形態のピストン13が設けられている。該環状カラーは、
該ピストンがシャフトに関して軸方向に変位し得ないよ
うに、シャフトにボルト止め、又はクランプ止めし、或
いは、例えば、溶接のようなその他の任意の方法にてシ
ャフトに固定することができる。該ピストンは、シャフ
トに関して周方向に回転可能に取り付けることが可能で
ある。
該ピストン13は、ジャーナル軸受の側面にボルト止め
された液圧シリンダ14内に受け入れられて、ピストンの
それぞれの側部に液圧チャンバ15、16を提供する。該ピ
ストンは、周知の方法にて、液圧シリンダの内径よりも
小さい外径を有し、ピストンとシリンダの内側面との間
で2つのチャンバ15、16の間の絞り通路を提供すること
ができるが、該ピストンは、シリンダ内に略密封可能に
取り付け、ピストンが変位したとき、チャンバ内の液体
が接続穴17、18から成る円形の通路を通って押し出さ
れ、各チャンバ及び絞り手段19に流入するようにするこ
とが好ましい。該絞り手段は、板部分の積み重ね体(そ
の部分は、個々に幾つかの狭小な流路21との境を設定す
る)を保持する外側ハウジング20を備える設計とするこ
とができ、該板部分の各々は、その通路を通る液体の流
れがその液体の粘度によって遅くなるように適宜に低い
高さに設定してある。
シリンダ14を貫通するトランスミッションのシャフト
の通路は、例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレ
ン)製の共に回転する密封リング(シリンダの内側部に
形成された凹所に受け入れられる)により、図示しない
通常の方法によって密封される。これらのシールは、少
量の液体が常にチャンバ15、16から排出されて、これに
より、減衰により伝達された熱が除去されるように形成
される。これらのチャンバには、図示しない供給管(少
なくとも1つのチャンバに開口する)により常に液体で
充填されている。エンジンが作動したとき、チャンバ1
5、16の間には周期的に変化する圧力差が生じ、その最
大値は、シャフトにおける変化する軸方向への力の最大
値とピストン13の面積との比によって決まる。1つのチ
ャンバ内の圧力低下は、他方のチャンバ内の対応する圧
力上昇によって大部分相殺されるから、チャンバへの供
給圧力は、減衰装置内の空気の吸入を防止し得るようチ
ャンバ間の圧力差の1/2以上、より高圧でなければなら
ない。シャフトの直径が780mmで、ピストンの外径が100
0mmの場合、供給圧力は、典型的に、5バールとなる。
減衰の必要程度が大きい場合、同一のトランスミッシ
ョンのシャフトには、関係するシリンダを備える幾つか
のピストンを使用することができる。
シリンダをジャーナル軸受の側部に取り付ける一つの
代替例として、シリンダを船体2に直接、接続すること
ができるが、このためには、シリンダに対し別個の台板
が必要とされる。
液圧液体は、例えば、油、水又は有機液体とすること
ができる。背が高く且つ幅の狭い船楼、及び長いトラン
スミッションのシャフトは、甲板積み貨物として大形で
背の高い貨物を輸送する船舶のようなその他の型式の船
にても有意義である。
上記の実施の形態において、シリンダは、減衰装置の
固定部分を構成し、ピストンは、シャフトと共に可動で
ある部分を構成する。別の実施の形態において、ピスト
ンは、半径方向内方に突出するカラーとして、シリンダ
の円筒状壁に固定され、該シャフト部分は、軸方向に分
離し且つ液圧シリンダの端部壁を形成するカラーを2つ
備えている。この場合、ピストンは、船体と接続した固
定部分内に組み込まれ、端部壁は可動部分である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリステンセン,ヘンリク・ヴィラズ・ ホウマーンド デンマーク王国デーコー−2860 サーボ ア,ウラニエンボルイ・アレ 16 (56)参考文献 特開 平3−149431(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B63H 23/34 B63H 21/30 F16F 15/02

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジンのクランクシャフトと、該クラン
    クシャフトと船舶のプロペラ(7)とを相互に接続する
    トランスミッションのシャフト(9)と、軸系統内の軸
    方向振動を減衰させるべくシャフトの一部分(12)に作
    用する装置(10)とから成る軸系統を有し、該減衰装置
    が、液圧シリンダ(14)内に配置されたピストン(13)
    を有し、液圧チャンバ(15,16)が前記ピストンのそれ
    ぞれの側部にて軸方向に配置され、前記ピストンと前記
    シリンダとが相対的に軸方向に動く結果、液圧流体が絞
    った流路(17,18,19)を介して前記2つの液圧チャンバ
    の間を流れるようにし、前記ピストン又は液圧シリンダ
    が前記減衰装置の固定部分で、この2つのうちの他方が
    前記減衰装置の可動部分である、2行程、低速内燃機関
    (8)により推進される船舶(1)にして、エンジンル
    ームの船尾に配置された幾つかの貨物用の船倉(3)を
    有し且つ該船舶の上甲板から突き出た背の高い船楼
    (6)を備え、前記トランスミッションのシャフト
    (9)の長さが40m以上あり、前記軸方向振動は、前記
    減衰装置の可動部分を前記エンジンから相当離れた距離
    の位置にて前記トランスミッションのシャフトに取り付
    ける一方、前記減衰装置の固定部分は前記船舶の船体に
    取り付けることにより、減衰されて、前記チャンバ間の
    液圧液体の圧送となる、前記ピストンと液圧シリンダと
    の間の相対運動となることを特徴とする船舶。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の船舶にして、前記減衰装
    置が、トランスミッションのシャフトに対して最船尾方
    向のジャーナル軸受の1つに配置されることを特徴とす
    る船舶。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の船にして、前記減衰装置
    が、最船尾方向の自立構造ジャーナル軸受(11)の上に
    取り付けられることを特徴とする船舶。
  4. 【請求項4】請求項1乃至請求項3の何れかに記載の船
    舶にして、前記トランスミッションのシャフト(9)
    が、前記減衰装置の可動部分を構成する半径方向に突出
    するカラーを少なくとも1つ備えることを特徴とする船
    舶。
  5. 【請求項5】請求項4に記載の船舶にして、前記トラン
    スミッションのシャフトが、前記シリンダの端部壁を形
    成する半径方向に突出するカラーを2つ備え、該2つの
    カラーの間に配置された前記ピストンが該船舶の船体と
    確実に接続されることを特徴とする船舶。
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