JP4531828B2 - Ship thruster with duct - Google Patents
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Description
本発明は、船舶に推力を発生させるダクト付きスラスタに関するものである。 The present invention relates to a ducted thruster that generates thrust in a ship.
従来、タグボート等の大きな曳引力を要する船舶には、高推力で推力方向を変更可能なダクト付きスラスタを搭載したものがある(例えば、特許文献1参照)。ダクト付きスラスタは、船内にある原動機の駆動力を船底から下方に突出したストラットの内部を通る垂直回転軸に伝達し、その駆動力をストラット下部に接続されたポッド(ギヤケース)内にあるベベルギヤにて水平回転軸周りの回転に変換し、プロペラを駆動する。また、このダクト付きスラスタは、船内の別の原動機による動力で垂直回転軸まわりに回転することで、推力方向を変更することも可能となっている。そして、プロペラの周りには翼型断面を有するリング状のダクトが配置されているため、プロペラの回転で生じる水流がダクトにより案内され、効率良く船舶の推進力が発生する。
ところで、ポッドのストラットとの接続部分にはベベルギヤが収容されるため、ポッドの最大直径部は当該接続部分に位置しており、ポッドの外周面はその最大直径部から後方に向けて略直線的に縮径しているのが通常である。しかしながら、ダクトはポッドの縮径した小径の後部を囲むように配置されることなるため、ダクト内周面とポッド外周面との間の流路断面積が大きくなり、ダクトに流入する水の流速が遅くなる。 By the way, since the bevel gear is accommodated in the connection portion of the pod with the strut, the maximum diameter portion of the pod is located in the connection portion, and the outer peripheral surface of the pod is substantially linear from the maximum diameter portion to the rear. Usually, the diameter is reduced. However, since the duct is disposed so as to surround the rear part of the small diameter of the pod, the flow passage cross-sectional area between the inner peripheral surface of the duct and the outer peripheral surface of the pod is increased, and the flow velocity of water flowing into the duct is increased. Becomes slower.
ダクトの前端部近傍には圧力低下領域が発生し、その圧力低下に起因してダクト自身に推進力に寄与する力が生じるが、ベルヌーイの定理から分かるように、ダクトに流入する水の流速が遅くなるとダクト前端部近傍の圧力が十分に低下しないため、ダクトによる推進力の発生が十分ではなくなる。 A pressure drop region is generated near the front end of the duct, and due to the pressure drop, a force that contributes to the propulsive force is generated in the duct itself, but as can be seen from Bernoulli's theorem, the flow velocity of water flowing into the duct is When it becomes late, the pressure in the vicinity of the front end of the duct does not sufficiently decrease, so that the propulsive force is not sufficiently generated by the duct.
そこで本発明は、推進効率の良いダクト付きスラスタを提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a ducted thruster with good propulsion efficiency.
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る船舶用ダクト付きスラスタは、船舶の底部から下方に向けて延出するストラットと、前記ストラットの下部に接続されて後方に延出するポッドと、前記ポッドの後部に接続されて水流を発生させるプロペラと、前記プロペラを囲むように前記ストラットの後方に配置されたダクトと、を備え、前記ダクトは、その前端部の内周面が前方に向けて拡径した形状であり、前記ポッドの最大直径部は、前記ポッドの最大直径部と前記ダクトの前端との間の前後方向における距離L m が前記ダクトの前後方向における長さL p の0.2倍以下となる位置に配置され、前記ポッドは、外周面が前記最大直径部から後端にかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径したテール部を有し、前記テール部は、前記ダクトの前記前端部と前後方向位置において重なるように前記ダクトに収容されていることを特徴とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a thruster with a duct for a ship according to the present invention is connected to a strut extending downward from the bottom of the ship and a lower part of the strut and extends backward. A pod that exits, a propeller that is connected to a rear portion of the pod to generate a water flow, and a duct that is disposed behind the strut so as to surround the propeller, and the duct has an inner periphery at a front end portion thereof. surface is a shape with diameter increasing toward the front, the maximum diameter portion of the pod has a length in the longitudinal direction of the distance L m in the longitudinal direction the duct between the front end of the maximum diameter portion and the duct of the pod disposed 0.2 times or less a position of the L p, the pod, have a tail portion which outer peripheral surface is reduced in diameter in a substantially arcuate shape projecting outward toward the rear end from said maximum diameter portion And the The handle portion is accommodated in the duct so as to overlap the front end portion of the duct at a position in the front-rear direction .
前記構成によれば、ポッドの最大直径部が前後方向においてダクトの前端部に対応する位置に配置されているので、ダクトの前端近傍においてダクト内周面とポッド外周面との間の流路断面積が低減され、ダクトに流入する水の流速が速くなる。そうすると、ダクトの前端近傍における圧力低下が促進され、ダクトにより生じる推進力を向上することができる。さらに、最大直径部から後端にかけて縮径の勾配が緩やかな領域が広くなるので、ダクト内周面とポッド外周面との間の流路断面積の小さい領域が広くなり、ダクト内でプロペラに流入する水における流速が速い領域が十分に確保される。 According to the above configuration, since the maximum diameter portion of the pod is disposed at a position corresponding to the front end portion of the duct in the front-rear direction, the flow path is cut off between the inner peripheral surface of the duct and the outer surface of the pod in the vicinity of the front end of the duct. The area is reduced and the flow rate of water flowing into the duct is increased. Then, the pressure drop near the front end of the duct is promoted, and the propulsive force generated by the duct can be improved. Furthermore, since the region where the gradient of the diameter reduction is gentle from the maximum diameter part to the rear end becomes wide, the region where the flow path cross-sectional area between the inner peripheral surface of the duct and the outer surface of the pod is small is widened, and the propeller is formed in the duct. A region where the flow velocity of the inflowing water is fast is sufficiently secured.
前記プロペラの直径Dpに対する前記ポッドの前記最大直径部の直径Dgの割合Dg/Dpが、0.25以上0.45以下であってもよい。 Ratio D g / D p of diameter D g of the largest diameter portion of the pod relative to the diameter D p of the propeller, may be 0.25 to 0.45.
前記構成によれば、推進効率を高めることができる。なぜなら、Dg/Dpが0.25未満である場合には、プロペラを通過する水の流路断面積が大きくなることで、ダクトに流入する水の流速が低下し、ダクトの前端近傍における圧力低下が不十分となり、Dg/Dpが0.45を超えた場合には、ポッドの水流に対する抵抗が大きくなるからである。 According to the said structure, propulsion efficiency can be improved. This is because when D g / D p is less than 0.25, the flow passage cross-sectional area of the water passing through the propeller is increased, so that the flow velocity of the water flowing into the duct is reduced, and in the vicinity of the front end of the duct. This is because when the pressure drop is insufficient and D g / D p exceeds 0.45, the resistance of the pod to the water flow increases.
前記ポッドの前記最大直径部の直径Dgに対する前記ポッドの前端から前記最大直径部までの長さLgの割合Lg/Dgが0.5より大であり、前記ポッドの外周面は、前記前端から前記最大直径部まで徐々に拡径していてもよい。 The ratio L g / D g of the length L g from the front end of the pod to the maximum diameter portion with respect to the diameter D g of the maximum diameter portion of the pod is greater than 0.5, and the outer peripheral surface of the pod is The diameter may be gradually increased from the front end to the maximum diameter portion.
前記構成によれば、ポッドが水流から受ける抵抗を低減することができる。即ち、従来はポッドの前端面は半球状に形成されていたため、前方からの水流により受ける正圧抵抗が大きくなるが、本発明のようにLg/Dgが0.5より大とし、翼断面の前端部のように徐々に拡径する構成とすることで、ポッドが受ける水流抵抗を低減して推進効率を向上させることができる。 According to the said structure, the resistance which a pod receives from a water flow can be reduced. That is, since the front end surface of the pod has been formed in a hemispherical shape, the positive pressure resistance received by the water flow from the front increases. However, as in the present invention, L g / D g is greater than 0.5, and the blade By adopting a configuration in which the diameter gradually increases like the front end portion of the cross section, the water flow resistance received by the pod can be reduced and the propulsion efficiency can be improved.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ダクトに流入する水の流速が速くなることでダクトの前端近傍に生じる圧力低下が促進されるため、ダクトにより生じる推進力を向上することができる。 As is clear from the above description, according to the present invention, since the flow rate of water flowing into the duct is increased, the pressure drop generated in the vicinity of the front end of the duct is promoted, so that the propulsive force generated by the duct is improved. Can do.
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタ1の正面図である。図2は図1に示す船舶用ダクト付きスラスタ1を一部断面にした側面図である。図1及び2に示すように、船舶用ダクト付きスラスタ1は、船舶の底部2から下方に延出するストラット3を備えている。そのストラット3の下部には断面円形状で後方(下流側)に向けて延出するポッド4が接続されている。ポッド4の後部には、水流を発生させるプロペラ5が回転可能に接続されている。プロペラ5は、ストラット3の後方に配置されたダクト6により取り囲まれている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a front view of a
ストラット3の内部空間には、垂直回転軸11が軸受12に回転自在に支持された状態で配置されており、その垂直回転軸11の上端部には船内にあるプロペラ用原動機9の出力軸に動力伝達可能に連結されている。垂直回転軸11の下端部は、ポッド4内部まで延びている。ポッド4の内部空間には、後方に向けて延びる水平回転軸14が軸受15に回転自在に支持された状態で配置されている。垂直回転軸11の下端部と水平回転軸14の前端部とはベベルギヤ13を介して動力伝達可能に接続されている。水平回転軸14の後端部は、プロペラ5に接続されている。このような構成により、プロペラ用原動機9の回転動力によりプロペラ5が回転することとなる。
In the internal space of the
また、ストラット3は、垂直回転軸11回りに回転可能なように船舶の底部2に軸受10及びシール部材7を介して接続されており、ストラット3自体を回転させる駆動力を発生する旋回用原動機8に連結されている。よって、旋回用原動機8による回転動力によりストラット3が垂直回転軸11回りに回転し、それと一体的にポッド4、プロペラ5及びダクト6が旋回し、推力発生方向を変更しうる。
The
ダクト6は、リング状で翼型断面を有している。ダクト6の前端部6bは、その内周面が前方(上流側)に向けて徐々に拡径しており、前端部6b以外の本体部6cの内周面は略同一径となっている。即ち、ダクト6の前端部6aの内周面は前方に向けて拡径するように反った形状となっている。このダクト6には、ポッド4の後側部分が収容され、ポッド4の前側部分はダクト6よりも前方に突出している。詳細には、ポッド4のダクト6に収容されている部分における前後方向の長さは、ポッド4のダクト6より前方に突出している部分における前後方向の長さよりも短くなるように設定されている。
The duct 6 is ring-shaped and has an airfoil cross section. The inner peripheral surface of the
ポッド4は、前端4cから後方に向けて徐々に拡径しており、その最大直径部4aが前後方向においてダクト6の前端部6bに対応する位置に配置されている。具体的には、ポッド4の最大直径部4aとダクト6の前端6aとの間の前後方向における距離Lmが、ダクト6の前後方向における長さLpの0.2倍以下となるように設定されている。また、ポッド4の外周面は、最大直径部4aから後端4dにかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径したテール部4bを有している。さらに、ポッド4の最大直径部4aの直径をDgとし、プロペラ5の直径をDpとすると、Dg/Dpは0.25以上0.45以下に設定されている。
The diameter of the pod 4 gradually increases from the
図3は図2の要部拡大図である。図3に示すように、ダクト6の前端部6bの内周面近傍には、圧力低下領域20が形成される。これは、ポッド4に沿ってダクト6内に流入する水や、ダクト6の外面近傍から前端6aに沿ってダクト6内に巻き込まれる水などの影響により、ダクト6の前端部6bの内周面近傍で流速が速くなるからである。そして、この圧力低下領域20により、ダクト6の前端部6bの内周面には、図3の矢印で示すような力Fが発生する。
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of FIG. As shown in FIG. 3, a
この力Fは、垂直分力FVと水平分力FHとに分けることができる。図3に示す垂直分力FVは、ダクト6の上側部に対して下方に向けた力を生じているが、ダクト6の下側部には上方に向けた力が生じるため、それらが互いに打ち消しあうことでダクト6全体には力Fの垂直分力FVの影響はなくなる。一方、水平分力FHは、前方に向けた力を生じるため、推進力に寄与することとなる。 This force F can be divided into a vertical component force F V and a horizontal component force F H. The vertical component force F V shown in FIG. 3 generates a downward force with respect to the upper portion of the duct 6, but an upward force is generated at the lower portion of the duct 6. By canceling each other, the influence of the vertical component force F V of the force F is eliminated on the entire duct 6. On the other hand, since the horizontal component force F H generates a force directed forward, it contributes to the propulsive force.
ここで、ポッド4の最大直径部4aは、前後方向においてダクト6の前端部6bに対応する位置に配置されているので、ダクト6の前端部6b近傍においてダクト6の内周面とポッド4の外周面との間の流路断面積が小さくなっている。これにより、ダクト6に流入する水の流速は速くなり、ベルヌーイの定理より、ダクト6の前端部6b近傍における圧力低下領域20の圧力低下が促進されることとなる。
Here, since the
また、ポッド4のテール部4bは、最大直径部4aから後端4dにかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径しているので、最大直径部4aから後端4dにかけて縮径の勾配が緩やかとなり、ダクト6の内周面とポッド4の外周面との間の流路断面積の小さい領域が前後方向に広くなる。これにより、ダクト6内でプロペラ5に流入する水において、流速が速くなる領域が十分に確保され、ダクト6の前端部6b近傍における圧力低下領域20の圧力低下がさらに促進されることとなる。
Further, since the
以上より、図3に示したダクト6の前端部6bの内周面に生じる力Fは増大することとなり、推進力に寄与する水平分力FHが増大する。したがって、ダクト6により生じる推進力は向上することとなる。
As described above, the force F generated on the inner peripheral surface of the
図4は図1に示す船舶用ダクト付きスラスタ1の推進効率ηとDg/Dpとの関係を示したグラフである。なお、図1に示すようにポッド4の最大直径部4aの直径をDgとし、プロペラ5の直径をDpと定義する。図4は、CFD(Computational Fluid Dynamics)による数値計算で船舶用ダクト付きスラスタ1の推進効率ηとDg/Dpとの関係を出力したグラフである。なお、縦軸は推進効率ηをその最大値で割った値η/ηmaxとし、横軸をDg/Dpとしている。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the propulsion efficiency η and D g / D p of the
図4によれば、η/ηmaxは、Dg/Dpが0.38あたりをピークとしており、Dg/Dpが0.25以上0.45以下の範囲で優れた推進効率を発揮することが分かる。なぜなら、Dg/Dpが0.25未満である場合には、プロペラ5を通過する水の流路断面積が大きくなることで、ダクト6に流入する水の流速が低下し、ダクト6の前端部6b近傍における圧力低下が不十分となるからである。また、Dg/Dpが0.45を超えた場合には、ポッド4の水流に対する抵抗が大きくなるからである。よって、本実施形態のポッド4とプロペラ5は、Dg/Dpが0.25以上0.45以下の範囲内になるように設定されている。
According to FIG. 4, η / η max has a peak when D g / D p is around 0.38, and exhibits excellent propulsive efficiency when D g / D p is in the range of 0.25 to 0.45. I understand that This is because when D g / D p is less than 0.25, the flow passage cross-sectional area of the water passing through the
(第2実施形態)
図5は本発明の第2実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタ31を一部断面にした側面図である。なお、第1実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図5に示すように、本実施形態のポッド34は、その最大直径部4aが前後方向においてダクト6の前端6aと略一致する位置に配置されている。また、ポッド34の外周面は、最大直径部34aから後端34dにかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径したテール部34bを有している。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a side view, partly in section, of a marine
さらに、ポッド34のダクト6より前方に突出している部分における前後方向の長さは、ポッド34のダクト6に収容されている部分における前後方向の長さよりもかなり長く、ポッド34の最大直径部34aよりも前側の部分34eの外周面は前後方向に長尺であり、前端34cから最大直径部34aまで緩やかに拡径した形状である。具体的には、ポッド34の最大直径部34aの直径をDgとし、ポッド34の前端34cから最大直径部34aまでの長さをLgとすると、Lg/Dgが0.5より大となるように設定されている。このような構成により、ポッド4が前方からの水流により受ける正圧抵抗が低減され、推進効率が向上することとなる。
Further, the length in the front-rear direction at the portion of the
以上のように、本発明に係る船舶用ダクト付きスラスタは、推進力が向上する優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる船舶推進装置に広く適用すると有益である。 As described above, the thruster with a marine duct according to the present invention has an excellent effect of improving the propulsive force, and it is beneficial to be widely applied to a marine vessel propulsion apparatus that can exhibit the significance of this effect.
1,31 ダクト付きスラスタ
3 ストラット
4,34 ポッド
4a,34a 最大直径部
5 プロペラ
6 ダクト
1,31 Thruster with
Claims (3)
前記ストラットの下部に接続されて後方に延出するポッドと、
前記ポッドの後部に接続されて水流を発生させるプロペラと、
前記プロペラを囲むように前記ストラットの後方に配置されたダクトと、を備え、
前記ダクトは、その前端部の内周面が前方に向けて拡径した形状であり、
前記ポッドの最大直径部は、前記ポッドの最大直径部と前記ダクトの前端との間の前後方向における距離L m が前記ダクトの前後方向における長さL p の0.2倍以下となる位置に配置され、
前記ポッドは、外周面が前記最大直径部から後端にかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径したテール部を有し、前記テール部は、前記ダクトの前記前端部と前後方向位置において重なるように前記ダクトに収容されていることを特徴とする船舶用ダクト付きスラスタ。 A strut extending downward from the bottom of the ship;
A pod connected to the lower portion of the strut and extending backward,
A propeller connected to the rear of the pod to generate a water flow;
A duct disposed behind the strut so as to surround the propeller,
The duct has a shape in which the inner peripheral surface of the front end portion is expanded in diameter toward the front,
The maximum diameter portion of the pod is at a position where the distance L m in the front-rear direction between the maximum diameter portion of the pod and the front end of the duct is 0.2 times or less the length L p in the front-rear direction of the duct. Arranged ,
The pod has a tail portion whose outer peripheral surface is reduced in a substantially arc shape that protrudes outward from the maximum diameter portion to the rear end, and the tail portion extends in the front-rear direction with the front end portion of the duct. A thruster with a marine duct, which is accommodated in the duct so as to overlap at a position .
前記ポッドの外周面は、前記前端から前記最大直径部まで徐々に拡径している請求項1又は2に記載の船舶用ダクト付きスラスタ。 The ratio Lg / Dg of the length Lg from the front end of the pod to the maximum diameter portion with respect to the diameter Dg of the maximum diameter portion of the pod is greater than 0.5,
The thruster with a marine duct according to claim 1 or 2 , wherein an outer peripheral surface of the pod is gradually expanded from the front end to the maximum diameter portion.
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