JP5231878B2 - 船舶用ダクト付きスラスタ - Google Patents

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。

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。ダクト付きスラスタでは、プロペラを取り囲むようにダクトが配置されており、船内にあるエンジン等の駆動源によりプロペラを駆動する。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。

このようなダクト付きスラスタでは、プロペラ翼の前面側における圧力が後面側における圧力よりも低くなり、その圧力差がプロペラに前方への推進力を生じさせる。しかし、プロペラ翼端においては、この圧力差の影響により後面側から前面側に向けてプロペラ翼端を逆に回り込む流れも生じ、この流れが大きくなると翼端近傍にキャビテーションが発生する。

これに対して、特許文献１では、プロペラが翼端近傍における翼断面形状を対称翼型とし、翼端近傍の流れに対する迎角がほぼゼロになるようにピッチ角を一定に設定している。これにより、翼端近傍における前面側と後面側との間の圧力差が小さくなり、プロペラ翼端を逆に回り込む流れの発生が抑制されるため、キャビテーションの発生が防止される。
特開平８−４０３７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された構成の場合、プロペラ翼の翼端近傍において前面側と後面側との間の圧力差が小さくなるため、その圧力差に起因してプロペラ自身に生じる推進力が低下し、全体として推進効率が低下することとなる。

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。

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、駆動源に接続されるプロペラボスの外周面からプロペラ翼が径方向外側に突出したプロペラと、前記プロペラを取り囲むように配置されたリング状のダクトとを備え、前記プロペラ翼の径方向外側の翼端部は、前記プロペラ翼の後方面から前方面へと翼端を回り込む流れを抑制するように、後方に向けて局所的に曲がった形状であり、前記翼端部は、前記プロペラボスの外周面から径方向外側に向けて突出する翼本体の翼端に翼端板が形成されており、前記ダクトの本体部は、その内周面が略同一径であり、前記ダクトの前端部は、その内周面が前記本体部から上流側に向けて徐々に拡径しており、前記プロペラ翼の全体が前記ダクトの前記本体部で囲まれた空間に収容されており、前記プロペラ翼は、前記プロペラボスに着脱可能に取り付けられ、前記プロペラ翼の径方向の最外部と前記ダクトの前記本体部の内周面との間には、前記プロペラ翼が前記ダクトに収容された状態で前記プロペラ翼を径方向に動かして取り外すためのクリアランスが形成され、前記翼端板は、前記ダクトの前記本体部の内周面と略平行になるように先端を後方に向けて突出し、前記翼端板の外周面は、前記ダクトのうち前記翼端板の前方にある部分の内周面よりも前記プロペラボス側に位置していることを特徴とする。

前記構成によれば、プロペラ翼の後方面から前方面へと翼端を回り込む流れは、後方に向けて局所的に曲がった翼端部が壁となって抑制されることとなる。これにより、キャビテーションの発生を防止できると共に、翼端部における前方面と後方面との間の圧力差が保たれてプロペラの推進力の低下が防がれる。よって、ダクト付きスラスタの推進効率を高めることが可能となる。

また、翼端部にダクト内周面に略平行となる面が設けられているため、後方に向けて曲がった壁となる部分を長く確保しながらも、径方向外側に向けて突出する部分である翼本体の径方向長さを十分に確保することが可能となる。

前記翼端部の先端は、前記プロペラボスの外周面から径方向外側に向けて突出する翼本体の各部よりも後方に位置していてもよい。

前記構成によれば、プロペラ翼の後方面から翼端部の先端を通って前方面へと回り込む流れを十分に防止することが可能となる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、キャビテーションの発生を防止できると共にプロペラの推進力の低下が防がれ、全体として推進効率が向上する。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

（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。

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（駆動源）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。

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。

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６ａ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６ａ以外の本体部６ｂの内周面は略同一径となっている。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。

プロペラ５は、水平回転軸１４の後端部に接続されるプロペラボス１６と、そのプロペラボス１６の外周面から径方向外側に突出したプロペラ翼１７とを有している。図２中に示したプロペラ翼１７の断面は、プロペラボス１６からの径方向距離が同一の部分において厚みが最大である点を径方向に結んだスキュー線を断面化したレーキ分布を表している。プロペラ翼１７は、プロペラボス１６の外周面から径方向外側に向けて突出する翼本体１８と、その翼本体１８の翼端に接合された翼端板１９とを有している。翼端板１９は、ダクト６の本体部６ｂの内周面に沿って後方に向けて突出するように翼本体１８に溶接又は接着等により接合されている。なお、翼端板１９は鋳出により翼本体１８の翼端に形成してもよい。よって、プロペラ翼１７の翼端部２０は、ダクト６の本体部６ｂの内周面に沿って後方に向けて局所的に曲がった形状となっている。

翼端板１９は、その外面がダクト６の本体部６ｂの内周面に略平行となるように配置されており、翼本体１８と翼端板１９とは断面Ｖ字状に角度をもって接合されている。翼端板１９の先端１９ａ、即ち、後端１９ａは、翼本体１８の各部よりも後方に位置しており、翼端板１９の前端は翼本体１８の翼端から前方には突出しないように連続的に接合されている。

以上に説明した構成によれば、プロペラ翼１７の後方面（図２中左側面）から前方面（図２中右側面）へとプロペラ翼１７の翼端を回り込む流れは、後方に向けて曲がった翼端板１９が壁となって抑制されることとなる。これにより、キャビテーションの発生を防止できると共に、翼端部２０における前方面と後方面との間の圧力差が保たれてプロペラ翼１７の推進力の低下が防がれる。よって、ダクト付きスラスタ１の推進効率を高めることができる。また、翼端板１９を溶接又は接着等で翼本体１８に接合すればよいので、翼端部２０が曲がった形状の特殊なプロペラ５も容易に形成することができ、また、翼端部２０の曲げ形状の自由度も向上する。

（第２実施形態）
図３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３５の一部断面側面図である。図３に示すように、船体３０の底部から突出筒部３１が後方に突出し、原動機（図示せず）に接続された水平回転軸３２が突出筒部３１を後方に貫通し、その水平回転軸３２にダクト付きスラスタ３５のプロペラ２１が接続されている。つまり、本実施形態のダクト付きスラスタ３５はラインシャフト式である。

プロペラ２１は、水平回転軸３２の後端部に接続されるプロペラボス２２と、そのプロペラボス２２の外周面から径方向外側に突出したプロペラ翼２３とを有している。図２中に示したプロペラ翼１７の断面はレーキ分布を表している。プロペラ翼２３の翼端部２４は、ダクト６の本体部６ｂの内周面に沿うように後方に向けて局所的に大きく湾曲した形状となっている。翼端部２４は、ダクト６の本体部６ｂの内周面に略平行となる面を有している。翼端部２４の先端２４ａは、プロペラ翼２３の本体の各部よりも後方に位置している。

以上に説明した構成によれば、プロペラ翼２３の後方面（図３中左側面）から前方面（図３中右側面）へとプロペラ翼２３の翼端を回り込む流れは、後方に向けて曲がった翼端部２４が壁となって抑制されることとなる。よって、ダクト付きスラスタ３５の推進効率を高めることができる。

（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタ４０の一部断面側面図である。図４に示すように、本実施形態のダクト付きスラスタ４０は、いわゆる可変ピッチプロペラ４１を採用している。このプロペラ４１では、プロペラ翼４３がプロペラボス４２に対して着脱可能に取り付けられている。プロペラ翼４３は、径方向外側に延びる翼本体４３ｂと、翼本体４３ｂの径方向内側にフランジ状に設けられた根元部４３ａと、翼本体４３ｂの径方向外側において後方に向けて突出した翼端部４３ｃとを有している。翼端部４３ｃは、ダクト６の本体部６ｂの内周面に略平行となる面を有しており、その先端４３ｄは、翼本体４３ｂの各部よりも後方に位置している。

プロペラ翼４３は、根元部４３ａにてプロペラボス４２に着脱可能に取り付けられている。プロペラ翼４３がプロペラボス４２に取り付けられた状態において、プロペラ翼４３の径方向の最外部とダクト６の内周面との間には、プロペラ翼４３を径方向に動かして取り外すためのメンテナンス用のクリアランスδが形成されている。

以上に説明した構成によれば、プロペラ翼４３の後方面（図４中左側面）から前方面（図４中右側面）へとプロペラ翼４３の翼端を回り込む流れは、後方に向けて曲がった翼端部４３ｃが壁となって抑制されることとなる。よって、ダクト付きスラスタ４０の推進効率を高めることができる。特に、可変ピッチプロペラの場合には、メンテナンス用のクリアランスδが大きく形成されてしまうが、本実施形態の翼端部４３ｃにより効果的に推進力を向上させることができる。

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、推進効率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。

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の正面図である。 図１に示す船舶用ダクト付きスラスタを一部断面にした側面図である。 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の一部断面側面図である。 本発明の第３実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタの一部断面側面図である。

符号の説明

１，３５，４０ ダクト付きスラスタ
５，２１，４１ プロペラ
６ ダクト
１６，２２，４２ プロペラボス
１７，２３，４３ プロペラ翼
１８ 翼本体
１９ 翼端板
１９ａ，２４ａ，４３ｄ 先端
２０，２４，４３ｃ 翼端部

Claims (2)

1. 駆動源に接続されるプロペラボスの外周面からプロペラ翼が径方向外側に突出したプロペラと、前記プロペラを取り囲むように配置されたリング状のダクトとを備え、
   前記プロペラ翼の径方向外側の翼端部は、前記プロペラ翼の後方面から前方面へと翼端を回り込む流れを抑制するように、後方に向けて局所的に曲がった形状であり、
   前記翼端部は、前記プロペラボスの外周面から径方向外側に向けて突出する翼本体の翼端に翼端板が形成されており、
   前記ダクトの本体部は、その内周面が略同一径であり、前記ダクトの前端部は、その内周面が前記本体部から上流側に向けて徐々に拡径しており、前記プロペラ翼の全体が前記ダクトの前記本体部で囲まれた空間に収容されており、
   前記プロペラ翼は、前記プロペラボスに着脱可能に取り付けられ、
   前記プロペラ翼の径方向の最外部と前記ダクトの前記本体部の内周面との間には、前記プロペラ翼が前記ダクトに収容された状態で前記プロペラ翼を径方向に動かして取り外すためのクリアランスが形成され、
   前記翼端板は、前記ダクトの前記本体部の内周面と略平行になるように先端を後方に向けて突出し、前記翼端板の外周面は、前記ダクトのうち前記翼端板の前方にある部分の内周面よりも前記プロペラボス側に位置していることを特徴とする船舶用ダクト付きスラスタ。
2. 前記翼端部の先端は、前記プロペラボスの外周面から径方向外側に向けて突出する翼本体の各部よりも後方に位置している請求項１に記載の船舶用ダクト付きスラスタ。

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