JP4100342B2 - 船艇のウオータージェット推進装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、船艇のウオータージェット推進装置に関し、特に、比較的大きな高速艇に適した船艇のウオータージェット推進装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船艇のウオータージェット推進装置は、船底に開口する吸込口から引込んだ水をインペラで加圧して旋回流に変え、この旋回流をディフューザで直線流に整流して得たウォータージェットを船尾の噴射部から噴射して船艇を推進するターボ形ポンプとして構成される。
【０００３】
表１にターボ形ポンプのインペラの基本的な形式及び典型的な特徴を示す。
【０００４】
【表１】

表１に示されるように、ターボ形ポンプのインペラは、揚液の流出方向により３つの基本形式にわかれる。つまり、流出方向が回転軸に略直交する、即ち半径方向に向いている遠心式と、流出方向が回転軸に斜行する斜流式と、流出方向が回転軸と略平行な軸流式とに分類される。軸流式では軸方向へ流れる液体が主にインペラの羽根から軸方向への揚力を受けて揚程を得、斜流式では半径方向への運動成分を持つ液体がそれに対応した遠心力と羽根からの揚力とを受けて揚程を得、遠心式では半径方向へ流れる液体が主に遠心力を受けて揚程を得る。従って、一般に、遠心式は揚程が高くて吐出量が少なく、逆に、軸流式は揚程が低くて吐出量が大きい。斜流式はそれらの中間に位置する。
【０００５】
この点、揚液の流出方向は、液体流路の径方向での変化に対応し、この流路の径方向変化は、流路のメリジアン写像、つまりメリジアン流路（以下、しばしば「Ｍ流路」と呼ぶ。）を観察することにより容易に理解できる。
【０００６】
メリジアン写像とは、回転体の子午面（つまり、回転軸を含むある平面）上への回転写像のことで、ターボ形ポンプの場合には、１つ以上の流路のシュラウドをなすケーシングとインペラとの実際にはそれぞれ湾曲変化しつつ周方向へ延びる内面輪郭を、インペラの軸を含む平面上に回転投影して、湾曲変化を顕現化したメリジアン輪郭(以下しばしば「Ｍ輪郭」と呼ぶ。)として表される。
【０００７】
このＭ輪郭は比速度と呼ばれる無次元パラメータによりほぼ特定できる。比速度とは単位揚程（１ｍ）の揚液を単位流量（１ｍ^３／ｍｉｎ）吐出するのに必要なターボ形ポンプの回転数（ｒｐｍ）に相当し、いま、設計回転数Ｎ（ｒｐｍ）での吐出量をＱ（ｍ^３／ｍｉｎ）、全揚程をＨ（ｍ）とすると、比速度Ｎｓは次式で表される。
【０００８】
Ｎｓ＝Ｎ・Ｑ^１／２／Ｈ^３／４
図１２に従来のターボ形ポンプの比速度ＮｓとＭ輪郭ＭＣ１〜ＭＣ７との関係を例示する。図１２から分かるように、Ｈが大きくＱが小さい遠心式（ＭＣ１、ＭＣ２）はＮｓが約１００〜約１５０と小さく、逆にＨが小さくＱが大きい軸流式（ＭＣ７）はＮｓが約１２００〜約２０００と大きい。斜流式（ＭＣ３〜ＭＣ６）は揚液の流出方向が半径方向へ近付く（ＭＣ３←ＭＣ４）に連れてＮｓが約５５０から約３５０まで減少し、逆に流出方向が軸方向へ近付く（ＭＣ５→ＭＣ６）に連れてＮｓが約６００から約１１００まで増大する。遠心式インペラのＭ輪郭ＭＣ１，ＭＣ２は吐出側が径方向に延びるＭ流路ｍｐ１，ｍｐ２を画成し、斜流式インペラのＭ輪郭ＭＣ３〜ＭＣ６は吐出側が回転軸に斜行するＭ流路ｍｐ３〜ｍｐ６を画成し、軸流式インペラのＭ輪郭ＭＣ７は吐出側が回転軸に略平行なＭ流路ｍｐ７を画成する。
【０００９】
特開平１１-７０８９４号公報に、筒状のインペラケーシングを有する軸流式インペラを用いた船艇のウオータージェット推進装置が開示されている。このウオータージェット推進装置は、比較的低圧のウォータージェットを大量に噴射でき、大形の低速艇の推進に適する。
【００１０】
特開２０００−１１８４９４号公報に、鼓状のインペラケーシングを有する斜流式インペラを用いた船艇のウオータージェット推進装置が開示されている。このウオータージェット推進装置は、軸流式インペラを用いる場合に較べ、高圧のウォータージェットを噴射できるが流量面で劣り、小型及び中型の中速艇の推進に適する。
【００１１】
実開平１−１０４８９８号公報に、前置きブースタと斜流式インペラとを併用した船艇のウオータージェット推進装置が開示されている。このウオータージェット推進装置は、ブースタによる寄与分だけ昇圧されたウォータージェットを噴射でき、小型及び中型の中速艇並びに小型の高速艇に適する。
【００１２】
特開平８−２５３１９６号公報に、遠心式インペラを用いた船外形のウオータージェット推進装置が開示されている。このウオータージェット推進装置は、斜流式インペラを用いる場合に較べ、更に高圧のウォータージェットを噴射できるが流量面で更に劣り、小型の高速艇に適する。
【００１３】
図１３に従来の船艇のウォータージェット推進装置に用いられた斜流式インペラＩＭＰ―０をメリジアン写像で示す。このインペラＩＭＰ−０は直円錐台状の回転ハブ１１５に複数枚の回転羽根１１６を巻き着けた構成を有する。ハブ１１５の外周１１５ａは、上流側（即ち、小径側）の端縁１１５ｂから下流側（即ち、大径側）の端縁１１５ｃの近傍部１１５ｄまで、ハブ１１５の回転軸芯ＣＬに対し約１５°〜３０°の角度を維持して延展し、上記近傍部１１５ｄで、約０°〜２２°に角度変化する。各羽根１１６は、メリジアン写像において、その内周縁部１１６ａがハブ外周１１５ａに沿って延び、外周縁１１６ｂが回転軸芯ＣＬに対し約０°〜２２°の角度を維持して延びる。この羽根形状により、斜流式インペラの揚程及び流量が或る程度改善されるが、比較的大きな高速艇に適用するには十分でない。
【００１４】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、比較的大きな高速艇にも適用可能な船艇のウオータージェット推進装置を提供することをその目的とする。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記目的を達成すべく、本発明は、
ハブに回転羽根を巻き着けたインペラを含む単段のターボポンプとして構成される船艇のウオータージェット推進装置において、前記回転羽根は、インデューサ連接形の軸流羽根部と、この軸流羽根部と無衝突につながる斜流羽根部と、この斜流羽根部と無衝突につながる遠心羽根部とを有し、前記ハブは、曲率が連続して変化するその外周面に、緩傾斜領域と急傾斜領域とを備え、前記回転羽根軸流羽根部及び斜流羽根部が前記ハブの外周面の緩傾斜領域に巻き着けられ、前記回転羽根の遠心羽根部が前記ハブの外周面の急傾斜領域に巻き着けられており、また前記回転羽根は、そのメリジアン写像において、前記ハブの外周に対応する内側の辺の上流端と、前記ポンプケーシングの内周に沿う外側の辺の上流端とを、前記内側の辺の上流端よりも上流側のみで連結する上流側の辺を有していて、前記軸流羽根部に、前記上流側の辺を一辺とする略三角形状のインデューサ部が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記ハブの外周面の緩傾斜領域は急傾斜領域の上流側に位置させる。
【００１７】
好ましくは、前記回転羽根のメリジアン写像における外側の辺は、その下流端から上流端へ向かうに連れて、前記内側の辺からの距離が漸増する。
【００１８】
好ましくは、緩傾斜の吸込流路を備える。
【００１９】
好ましくは、前記回転羽根の総枚数は４〜６枚である。
【００２０】
好ましくは、前記回転羽根の下流に配置された総枚数が７〜９枚の固定羽根を備える。
【００２１】
好ましくは、前記回転羽根のメリジアン写像における外側の辺は、前記上流端で、前記ハブの回転軸心に対し０°〜１５°の傾斜角を有する。
【００２２】
好ましくは、前記回転羽根のメリジアン写像における外側の辺は、その下流端で、前記ハブの回転軸心に対し１５°〜３０°の傾斜角を有する。
【００２３】
好ましくは、前記ハブの外周は、その上流端で、前記ハブの回転軸心に対し１０°〜２５°の傾斜角を有する。
【００２４】
好ましくは、前記ハブの外周は、その下流端で、前記ハブの回転軸心に対し２０°〜４５°の傾斜角を有する。
【００２５】
【実施例】
以下、添付図を参照して、本発明の好適な実施例を説明する。先ず、本発明の第１の実施例を図１〜図７に基づき説明し、この第１実施例の第１及び第２の変更例をそれぞれ図８及び図９に基づき説明した後に、本発明の第２の実施例を図１０及び図１１に基づき説明する。同じ要素は同じ参照番号で表し、説明の重複を避ける。
【００２６】
（第１実施例）
図１に、第１実施例に係るウオータージェット推進装置ＰＲ１が艤装された高速仕様船艇１として比較的大きなクルーザを示し、図２〜図５に、ウオータージェット推進装置ＰＲ１の要部を順次拡大して示す。
【００２７】
ウオータージェット推進装置ＰＲ１は、図１に示すように、上記船艇１の船底２の後部３に開口する吸込口５から吸込んだ水ＷをウォータージェットＷＪに変え、このウォータージェットＷＪを船尾６のトランザム後方へ吐出するターボポンプ部Ｐ１と、このポンプ部Ｐ１を駆動すべく機関室４に設けられた駆動部Ｄ１としてのエンジンと、吐出されたウォータージェットＷＪの噴射方向を制御して船艇１を操舵する操舵部Ｓ１（制御系及び操舵系は不図示）とで構成される。
【００２８】
ポンプ部Ｐ１は、図２に示すように、吸込口５から水Ｗを吸込む吸水部Ｐ１ａと、吸水ＷからウォータージェットＷＪを生成するウォータージェット生成部Ｐ１ｂと、生成されたウォータージェットＷＪを吐出するウォータージェット吐出部Ｐ１ｃとを有する。
【００２９】
吸水部Ｐ１ａは、吸込ケーシング８を備え、これにより、吸込口５に連通した吸込流路Ａを画成する。この吸込流路Ａは、緩傾斜且つ滑かで曲がりが少なく、船艇１の滑走時に流水を取込み、吸水Ｗに押込圧を与える。なお、吸込口５には除塵用スクリーン７が張設される。
【００３０】
ウォータージェット生成部Ｐ１ｂは、図３に示すように、吸水Ｗを旋回させて加圧することにより高揚程の旋回流を生成する旋回部Ｐ１ｂ１と、その旋回流を直線流に整流してウォータージェットＷＪを得るディフューザとしての整流部Ｐ１ｂ２とで構成される。
【００３１】
旋回部Ｐ１ｂ１は、図４及び図５に示すように、吸込ケーシング８の後端に水平に連結されたポンプケーシング９と、このポンプケーシング９の鉢形状拡径部９ａに内蔵されたインペラＩＭＰ―１と、このインペラＩＭＰ−１を駆動する主軸１１とを有する。
【００３２】
インペラＩＭＰ−１は、主軸１１の後部１１ａにキー固定された洋梨状のハブ１５と、このハブ１５の外周に一体に形成された総数Ｉ枚（この場合Ｉ＝５）の螺旋状回転羽根１６_ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）（総称的には単に１６で表す。）とからなり、シュラウドとしてのポンプケーシング９と協同して総数Ｉ個の回転流路ＣＡ_ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）（総称的には単にＣＡで表す。）を画成する。
【００３３】
主軸１１は、図２に示すように、吸込ケーシング８の外壁に設けられた軸受１２で軸支水封され、そこから突出する前部１１ｂが軸継手１３を介して前記駆動部Ｄ１の駆動軸１４に連結される。
【００３４】
整流部Ｐ１ｂ２は、図４に示すように、ポンプケーシング８の後端に連結された吐出ケーシング１７の前部１７ａと、この吐出ケーシング前部１７ａと一体に形成された総数Ｊ枚（Ｊ＝７〜９）の固定案内羽根１８_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）（総称的には単に１８で表す。）と、これらの固定案内羽根１８の内周部を連結すると共に前記主軸１１の後端部１１ｃを軸支する羽根ボス１９とを有する。案内羽根１８は、ポンプケーシング９及び羽根ボス１９と協同して総数Ｊ個の固定流路ＣＢ_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）（総称的には単にＣＢで表す。）を画成する。これらの固定流路ＣＢは、合流路ＣＣを介して前記回転流路ＣＡと連通する。
【００３５】
ウォータージェット吐出部Ｐ１ｃは、図３に示すように、吐出ケーシング１７の後部１７ｂと、これ１７ｂに締結された漏斗状の吐出ノズル２０とにより構成され、前記固定流路ＣＢに連通する吐出流路Ｂを画成する。
【００３６】
操舵部Ｓ１は、図３に示すように、吐出ノズル２０の吐出端部２０ａへ上下のピン２１ａにより左右回動可能に枢支されたデフレクタ２１と、このデフレクタ２１を左右へ操舵するロッド（不図示）と、デフレクタ２１の左右に突設されたピン２２ａへ上下回動可能に枢支されたリバーサ２２と、このリバーサ２２の上下回転位置を、デフレクタ２１の斜め前方への噴出口２１ｂを塞ぐ船艇前進用通常位置と、後方への噴出口２１ｃを塞ぐ船艇後進用反転位置との間で切換える制御ロッド（不図示）とを含む。
【００３７】
次ぎに、図５〜図７を参照して、インペラＩＭＰ−１の羽根形状を説明する。図５、図６、及び図７は、それぞれ、インペラＩＭＰ−１の斜視図、正面図、及びメリジアン写像である。
【００３８】
前記インペラＩＭＰ−１は、図５及び図６に示すように、５枚の螺旋状回転羽根１６_ｉ（ｉ＝１〜５）をロート状のハブ１５へ軸対称に巻着固定した構造を有する。各回転羽根１６は、不等辺な四辺形をポンプケーシング９（図４）とハブ１５とに沿って図７に示すように湾曲させた形状のメリジアン写像を有する。つまり、各羽根１６は、そのメリジアン写像において、ポンプケーシング９の内周に沿って湾曲する外側の辺１６ｄと、ハブ１５の外周１５ｃに沿って湾曲する内側の辺１６ｅと、これら内外の辺１６ｄ，１６ｅの上流端１６ｄｕ，１６ｅｕ間を結ぶ辺１６ｆと、内外辺１６ｄ，１６ｅの下流端１６ｄｄ，１６ｅｄ間を結ぶ辺１６ｆとで画成される不等辺湾曲四辺形状を有する。
【００３９】
上記内辺１６ｅは、ハブ１５の上流端１５ａから下流端１５ｂにかけて末広がりに拡径する外周面１５ｃの中の、回転軸芯ＡＲに対する傾斜が比較的緩やかな上流側領域１５ｃ１の途中の点（より詳細には、上流側端縁１５ｃｕから外周１５ｃ沿いに所定距離ｄだけ後退した位置）を始点ｓ（即ち、上記上流端１６ｅｕ）とし、傾斜が比較的急な下流側領域１５ｃ２の後端（つまり、ハブ１５の下流側端縁１５ｃｄ）を終点ｅ（即ち、上記下流端１６ｅｄ）とする。なお、ハブ外周１５ｃは、上記上流側領域１５ｃ１及び下流側領域１５ｃ２を含め、その全領域で無衝突（つまり、曲率連続）に形成される。この点、ハブ外周１５ｃは、回転軸芯ＡＲに対し、上流端１５ｃｕにおいて１０°〜２５°の傾斜角を有し、下流端１５ｃｄにおいて２０°〜４５°の傾斜角を有する。
【００４０】
前記外辺１６ｄは、その下流端１６ｄｄから上流端１６ｄｕへ向かうに連れて、内辺１６ｅからの距離Ｄが漸増する。このため、回転軸芯ＡＲに対する傾斜角が、下流端１６ｄｄでは１５°〜３０°と広く設定されるが、上流端１６ｄｕで０°〜１５°と狭くなり、しかも下流側の辺１６ｆ及び上流側の辺１６ｇがハブ外周１５ｃから多少斜め前方に突出することから、図４に示すように上流端１６ｄｕが上流側へ突出し、ポンプケーシング９の直管状前部９ｂの後端９ｃ近傍に臨む。また各回転羽根１６は、その下流側の辺１６ｆが、図６に示すように、前記内辺１６ｅの上流端１６ｅｕ（ハブ外周１５ｃ上の始点ｓ）からハブ１５の順回転ｆ方向へ弧状に延出する正面視形状を持つ。
【００４１】
即ち、各回転羽根１６は、ハブ外周１５ｃ上の始点ｓの下流側近傍（即ち、図７に示す緩傾斜領域１５ｃ１の上流端寄りの部分）から正面視（図６）鷹の爪状、つまりスクリュー状、に延出し、その先端１６ｄｕが側面視（図４）でポンプケーシング９の直管状前部９ｂの後端９ｃ近傍に臨むインデューサ連接型軸流羽根部１６ａ（以下、単に「インデューサ羽根部」と呼ぶ。）と、ハブ外周１５ｃの緩傾斜領域１５ｃ１の残りの部分から起立して上記インデューサ羽根部１６ａと無衝突につながる斜流羽根部１６ｂと、ハブ外周１５ｃの急傾斜領域１５ｃ２（図７）から起立して上記斜流羽根部１６ｂと無衝突につながる遠心羽根部１６ｃとにより構成される。
【００４２】
なお、上記インデューサ羽根部１６ａは、始点ｓより上流側に位置し従ってハブ１５から離間するインデューサ部（前記上流側の辺１６ｆにより画成される三角曲面部分）と、始点ｓの下流側近傍から起立してインデューサ部と無衝突につながる軸流羽根部との組合せとみることもできる。
【００４３】
また、ハブ外周１５ｃの緩傾斜領域１５ｃ１と急傾斜領域１５ｃ２とは曲率が連続的に変化するので、設計上、その間の境界の位置を特定する必要はないが、図７に示すハブ１５の軸部とそこから末広がりに拡径された傘部との分岐点からハブ軸部の後端面までの間に境界があるとみなすことは可能である。
【００４４】
ハブ１５の上流端１５ａから外周１５ｃ上の始点ｓまでの部分と緩傾斜の上流側領域１５ｃ１の部分とを合わせて前段部１５ｄと呼び、急傾斜するその下流側の部分を後段部１５ｅと呼べば、前記斜流羽根部１６ｂは、ハブ前段部１５ｄに巻着固定されていて、その上流側部分であるインデューサ羽根部１６ａの先端１６ｄｕが、図４に示すように、ハブ前段部１５ｄよりも前側（上流側）に突出している。また前記遠心羽根部１６ｃはハブ後段部１５ｅに巻着固定されている。
【００４５】
回転羽根１６の外辺１６ｄはポンプケーシング９の内周に近接させ、体積効率を良くする。インデューサ羽根部１６ａは吸込流路Ａに延出し、内側に広い流入口を画成して繊維等の絡み付きを防止する。またそのインデューサ機能により、水Ｗの吸込量を増し、この吸込性能の向上により、斜流羽根部１６ｂへの押込圧が高くなる。この押込圧を受けた水Ｗが斜流羽根部１６ｂの遠心力と羽根面の揚力とで加圧される。遠心羽根部１６ｃは、その遠心力により軸動力の増加を防止しつつ、水Ｗに圧力と速度エネルギーとを与える。こうして、ウオータージェット推進装置ＰＲ１は、吸込性能が良く、キャビテーションも少なく、インペラの軸動力特性が平坦で扱い易く、高速回転可能で、しかも大容量、高揚程で運転可能な単段のターボポンプとして構成される。
【００４６】
次に図８及び図９を参照して、上記第１実施例の変更例を説明する。
【００４７】
図８に第１の変更例に係る船艇のウオータージェット推進装置のインペラＩＭＰ−２を示す。この第１変更例は、インペラＩＭＰ−２が総数４枚の回転羽根１６ｉ（ｉ＝１〜４）を備えている点で前記第１実施例と異なる。
【００４８】
図９に第２の変更例に係る船艇のウオータージェット推進装置のインペラＩＭＰ−３を示す。この第２変更例は、インペラＩＭＰ−３が総数６枚の回転羽根１６ｉ（ｉ＝１〜６）を備えている点で前記第１実施例と異なる。
【００４９】
（第２実施例）
次に図１０及び図１１を参照して本発明の第２の実施例を説明する。
【００５０】
図１０に第２の実施例に係る船艇のウオータージェット推進装置ＰＲ２を示し、図１１に同推進装置ＰＲ２の推進ユニットＰＲＵを示す。
【００５１】
ウオータージェット推進装置ＰＲ２は、高速仕様船艇の船尾に着脱可能な船外機として構成され、下方から水を吸込みウォータージェットとして後方へ噴出することにより船艇を推進する推進ユニットＰＲＵと、船尾に着設固定され、垂下する推進ユニットＰＲＵを一体に支持し駆動する駆動部Ｄ２とを含む。
【００５２】
駆動部Ｄ２はエンジンを内蔵するチラー操舵式ハウジングＨｓと、このハウジングＨｓを船尾へ左右回動可能に枢着する取付部Ｆｘとを備え、ハウジングＨｓにはエンジン排気Ｅｘを下方へ導く縦ダクトＤｖが設けられる。
【００５３】
推進ユニットＰＲＵは、吸込流路Ａから吸込んだ水Ｗをウォータージェットに変え、このウォータージェットを吐出流路Ｂから後方へ吐出するターボポンプ部Ｐ２と、吐出されたウォータージェットの噴射方向を制御して船艇を操舵する操舵部Ｓ２（制御系及び操舵系は不図示）とで構成される。
【００５４】
ポンプ部Ｐ２は、図１１に示すように、吸込口５から水Ｗを吸込む吸水部Ｐ２ａと、吸水Ｗからウォータージェットを生成するウォータージェット生成部Ｐ２ｂと、生成されたウォータージェットを吐出するウォータージェット吐出部Ｐ２ｃと、前記縦ダクトＤｖから受けたエンジン排気Ｅｘを水中へ排出する横ダクトＤｈと、ウォータージェット生成部Ｐ２内の加圧旋回流又は吸込口５前方の水Ｗをエンジン冷却水として駆動部Ｄ２へ送給する水冷管路ＣＰとを有する。
【００５５】
吸水部Ｐ２ａは、吸込ケーシング８を備え、これにより、吸込口５に連通する傾斜した吸込流路Ａを画成する。この吸込流路Ａは、滑かで曲がりが少なく、船艇の滑走時に流水を取込み、吸水Ｗに押込圧を与える。なお、吸込口５には除塵用スクリーン７が張設される。
【００５６】
ウォータージェット生成部Ｐ２ｂは、吸水Ｗを旋回させて加圧することにより高揚程の旋回流を生成する旋回部Ｐ２ｂ１と、その旋回流を直線流に整流してウォータージェットを得るディフューザとしての整流部Ｐ２ｂ２とで構成される。
【００５７】
旋回部Ｐ２ｂ１は、吸込ケーシング８の後端に水平に連結されたポンプケーシング９と、このポンプケーシング９の鉢形状拡径部９ａに内蔵されたインペラＩＭＰ―４と、このインペラＩＭＰ−４を駆動する主軸１１とを有する。
【００５８】
インペラＩＭＰ−４は、主軸１１の後部１１ａにキー固定された洋梨状のハブ１５と、このハブ１５の外周に一体に形成された総数Ｉ枚（この場合Ｉ＝５）の螺旋状回転羽根１６_ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）（総称的には単に１６で表す。）とからなり、シュラウドとしてのポンプケーシング９と協同して総数Ｉ個の回転流路ＣＡ_ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）（総称的には単にＣＡで表す。）を画成する。
【００５９】
主軸１１は、吸込ケーシング８の外壁に設けられた軸受１２で軸支水封され、そこから突出する前部１１ｂがベベルギヤ１１３を介して前記駆動部Ｄ２の駆動軸１１４に連結される。
【００６０】
整流部Ｐ２ｂ２は、ポンプケーシング８の後端に連結された吐出ケーシング１７の前部１７ａと、この吐出ケーシング前部１７ａと一体に形成された総数Ｊ枚（Ｊ＝７〜９）の固定案内羽根１８_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）（総称的には単に１８で表す。）と、これらの固定案内羽根１８の内周部を連結すると共に前記主軸１１の後端部１１ｃを軸支する羽根ボス１９とを有する。案内羽根１８は、ポンプケーシング９及び羽根ボス１９と協同して総数Ｊ個の固定流路ＣＢ_ｊ（ｊ＝１〜Ｊ）（総称的には単にＣＢで表す。）を画成する。これらの固定流路ＣＢは、合流路ＣＣを介して前記回転流路ＣＡと連通する。
【００６１】
ウォータージェット吐出部Ｐ２ｃは、吐出ケーシング１７の漏斗状後部１７ｂにより構成され、前記固定流路ＣＢに連通する吐出流路Ｂを画成する。
【００６２】
操舵部Ｓ２は、吐出ケーシング１７のウォータージェット噴射部１７ｃへ上下回動可能に枢支されたリバーサ１２２を含む。
【００６３】
以上に説明から明らかな如く、前記第１又は第２実施例によれば、船艇（１）を高速航走させると、船底（２）又は推進ユニット（ＰＲＵ）下側の航走水流（Ｗ）が吸込ケーシング（８）の吸込口（５）から流入し、ポンプケーシング（９）のインペラ（ＩＭＰ−１，ＩＭＰ−２，ＩＭＰ−３；ＩＭＰ−４）（以下、総称的にＩＭＰで示す。）に移送される。
【００６４】
吸込ケーシング（８）に延出するインデューサ羽根部（１６ａ）の外周先端に広い吸込口が形成され、繊維等の異物が羽根（１６）に絡み付かない。
【００６５】
インデューサ羽根部（１６a）がインデューサ機能を発揮して、その推力により軸心方向に流入する流体（Ｗ）の吸込量を増すとともに、斜流羽根部（１６ｂ）への押込圧を高める。
【００６６】
インデューサ羽根部（１６ａ）が吸込性能を向上させるので、斜流羽根部（１６ｂ）で局所的な圧力低下が生ぜす、キャビテーションによる振動あるいは騒音が防止される。
【００６７】
斜流羽根部（１６ｂ）は、羽根揚力と遠心力とにより流体（Ｗ）を加圧する。遠心羽根部（１６ｃ）は、斜流羽根部で加圧された流体を更に遠心力で加圧する一方、軸動力の増大を防ぐ。
【００６８】
インペラ（ＩＭＰ）はこうして加圧した旋回流を吐出ケーシング（１７）に与え、旋回流は吐出ケーシングの固定案内羽根（１８）で直線流に整流されウォータージェットになる。
【００６９】
ハブ（１５）に等ピッチで巻き着けたＩ枚（Ｉ＝４〜６）の回転羽根（１６）は、主軸（１１）周りに軸対称で、回転バランスがよく、また流体へのエネルギー付与に際し体積効率がよい。
【００７０】
従来の遠心羽根では、ポンプのキャビテーションに対する吸込み性能の良否を表す吸込比速度を２０００以上に高めることは困難であったが、上記実施例では、インデューサ羽根部（１６ａ）を備えた回転羽根（１６）の採用により、インペラ（ＩＭＰ）の吸込比速度を２３００ｍｉｎ^−１・（ｍ^３／ｍｉｎ）^１／２・ｍ^−３／４とすることができ、この吸込性能の向上によりキャビテーションが防止され、高速回転が可能になる。また軽量な推進装置（ＰＲ１；ＰＲ２）で高揚程大容量の吐出が可能となり、中型及び大型の高速船艇にも適用できる。
【００７１】
上記実施例に係る船艇のウオータージェット推進装置（ＰＲ１；ＰＲ２）は、ポンプケーシング（９）を上流側から下流側に向って鉢状に拡径して、そこに配設されるインペラ（ＩＭＰ）の螺旋状回転羽根（１６）を、吸込ケーシング（８）側に延出する軸流式のインデューサ羽根部（１６ａ）と、緩傾斜の斜流羽根部（１６ｂ）と、急勾配の遠心羽根部（１６ｃ）とが無衝突に接続された構成にしたので、上流側のインデューサ羽根部（１６ａ）から下流側の遠心羽根部（１６ｃ）まで、滑らかな曲路を描く回転流路（ＣＡ）が画成され、羽根入口でのインデューサ効果により吸込性能が向上し、また羽根出口での遠心作用により大幅な軸動力の増加が防止される。このため、変動の少ない大容量高揚程のターボ形ポンプが得られ、インペラ（ＩＭＰ）の高速回転も可能となる。
【００７２】
上記インペラ（ＩＭＰ）は、各回転羽根（１６）の遠心羽根部（１６ｃ）を勾配が急なハブ（１５）の後段部（１５ｅ）に巻き着けて、斜流羽根部（１６ｂ）を傾斜が緩やかなハブ（１５）の前段部（１５ｄ）に巻き着け、この斜流羽根部（１６ｂ）の上流側に軸流状のインデューサ羽根部（１６ａ）を連続的に設けて流体の吸込量を増した構成であるため、斜流羽根部（１６ｂ）への押込圧が高くなり、キャビテーションによる振動や騒音が防止される。
【００７３】
各回転羽根（１６）は、そのメリジアン写像における外辺（１６ｄ）をポンプケーシング（９）の内周に近づけるとともに、外辺（１６ｄ）の上流端（１６ｄｕ）つまりインデューサ羽根部（１６ａ）の先端を吸込流路Ａに突出させて吸込口を広くし、吸込性能を上げている。
【００７４】
総数Ｉ枚（Ｉ＝４〜６）の回転羽根（１６）をハブ（１５）へ等ピッチで軸対称に巻き着けて、流体加圧時の体積効率を上げるとともに、回転バランスをよくしている。
【００７５】
吸込ケーシング（８）により、滑らかで曲がりが少なく緩傾斜の吸込流路（Ａ）を画成し、船艇滑走時の流水の取込みを良くし、押込圧を増している。
【００７６】
前記インペラ（ＩＭＰ）は単段なので、従来の２段ポンプ式推進装置と比較して軽量であり、高速船への適用に有利である。
【００７７】
整流部（Ｐ１ｂ２，Ｐ２ｂ２）は、吐出ケーシング（１７）と羽根ボス（１９）との間に総数Ｊ枚（Ｊ＝７〜９）の固定案内羽根（１８）を配設して、遠心方向から軸心方向への戻り流路となる固定流路（ＣＢ）を画成して、渦室のようなラジアル荷重の発生を防止し、振動を軽減している。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的大きな高速艇に適用可能な船艇のウォータージェット推進装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るウオータージェット推進装置が艤装された船艇の側面図である。
【図２】図１に示すウオータージェット推進装置の縦断面図である。
【図３】図２のウオータージェット推進装置の要部拡大図である。
【図４】図３のウオータージェット推進装置要部の５枚羽式インペラ及びディフューザを含む詳細図である。
【図５】図４に示すインペラの斜視図である。
【図６】図５のインペラの正面図である。
【図７】図５のインペラのメリジアン写像である。
【図８】上記第１実施例の第１の変更例に係る４枚羽式インペラの正面図である。
【図９】上記第１実施例の第２の変更例に係る６枚羽式インペラの正面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係る船艇のウオータージェット推進装置の一部破断側面図である。
【図１１】図１０のウォータージェット推進装置の要部縦断面図である。
【図１２】インペラの比速度Ｎｓとメリジアン輪郭との関係を示す図である。
【図１３】従来のインペラのメリジアン写像である。

Claims (10)

1. ハブ（１５）に回転羽根（１６）を巻き着けたインペラ（ＩＭＰ）と、前記インペラ（ＩＭＰ）を収容するポンプケーシング（９）とを含む単段のターボポンプとして構成される船艇のウオータージェット推進装置において、
   前記回転羽根（１６）は、インデューサ連接形の軸流羽根部（１６ａ）と、この軸流羽根部と無衝突につながる斜流羽根部（１６ｂ）と、この斜流羽根部と無衝突につながる遠心羽根部（１６ｃ）とを有し、
   前記ハブ（１５）は、曲率が連続して変化するその外周面（１５ｃ）に、緩傾斜領域（１５ｃ１）と急傾斜領域（１５ｃ２）とを備え、
   前記回転羽根の軸流羽根部（１６ａ）及び斜流羽根部（１６ｂ）が、前記ハブの外周面（１５ｃ）の緩傾斜領域（１５ｃ１）に巻き着けられ、
   前記回転羽根の遠心羽根部（１６ｃ）が、前記ハブの外周面（１５ｃ）の急傾斜領域（１５ｃ２）に巻き着けられており、
   また前記回転羽根は、そのメリジアン写像において、
   前記ハブの外周（１５ｃ）に対応する内側の辺（１６ｅ）の上流端（１６ｅｕ）と、
   前記ポンプケーシング（９）の内周に沿う外側の辺（１６ｄ）の上流端（１６ｄｕ）と
   を、前記内側の辺の上流端（１６ｅｕ）よりも上流側のみで連結する上流側の辺（１６ｆ）を
   有していて、
   前記軸流羽根部（１６ａ）に、前記上流側の辺（１６ｆ）を一辺とする略三角形状のインデューサ部が設けられている
   ことを特徴とする船艇のウオータージェット推進装置。
2. 請求項１に係る船艇のウオータージェット推進装置であって、前記ハブ（１５）の外周面（１５ｃ）の緩傾斜領域（１５ｃ１）は急傾斜領域（１５ｃ２）の上流側に位置することを特徴とする船艇のウオータージェット推進装置。
3. 請求項１に係る船艇のウオータージェット推進装置であって、
   前記回転羽根（１６）のメリジアン写像における外側の辺（１６ｄ）は、その下流端（１６ｄｄ）から上流端（１６ｄｕ）へ向かうに連れて、前記内側の辺（１６ｅ）からの距離（Ｄ）が漸増することを特徴とする船艇のウオータージェット推進装置。
4. 請求項１に係る船艇のウオータージェット推進装置であって、緩傾斜の吸込流路（Ａ）を備えることを特徴とする船艇のウオータージェット推進装置。
5. 請求項１に係る船艇のウオータージェット推進装置であって、前記回転羽根（１６）の総枚数（Ｉ）が４〜６枚であることを特徴とする船艇のウオータージェット推進装置。
6. 請求項５に係る船艇のウオータージェット推進装置であって、前記回転羽根（１６）の下流に配置された固定羽根（１８）を備え、この固定羽根の総枚数（Ｊ）が７〜９枚であることを特徴とする船艇のウオータージェット推進装置。
7. 請求項１に係る船艇のウオータージェット推進装置であって、前記回転羽根のメリジアン写像における外側の辺（１６ｄ）は、前記上流端（１６ｄｕ）で、前記ハブの回転軸心（ＡＲ）に対し０°〜１５°の傾斜角を有することを特徴とする船艇のウオータージェット推進装置。
8. 請求項１又は請求項７に係る船艇のウオータージェット推進装置であって、前記回転羽根のメリジアン写像における外側の辺（１６ｄ）は、その下流端（１６ｄｄ）で、前記ハブの回転軸心（ＡＲ）に対し１５°〜３０°の傾斜角を有することを特徴とする船艇のウオータージェット推進装置。
9. 請求項１、７、及び８のいずれかに係る船艇のウオータージェット推進装置であって、前記ハブの外周（１５ｃ）は、その上流端（１５ｃｕ）で、前記ハブの回転軸心（ＡＲ）に対し１０°〜２５°の傾斜角を有することを特徴とする船艇のウオーター ジェット推進装置。
10. 請求項１、７、８，及び９のいずれかに係る船艇のウオータージェット推進装置であって、前記ハブの外周（１５ｃ）は、その下流端（１５ｃｄ）で、前記ハブの回転軸心（ＡＲ）に対し２０°〜４５°の傾斜角を有することを特徴とする船艇のウオータージェット推進装置。

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