JP6720302B2 - カバー装置およびスラスタ - Google Patents

Description

本発明は、水中の開口部を少なくとも部分的に閉鎖するためのカバー装置に関し、この開口部は船舶の船体にあり、特にスラスタの横方向チャネルの開口部である。加えて、本発明は、スラスタ、特に船首または船尾スラスタを対象とする。

現代の旅客船または貨物船は、一般に、水中にある様々な開口部を有する。このような開口部は、例えば、航路の水から冷却水の吸引するため、および加熱された冷却水を船の航路の水中に再注入するために役立つ。さらに、船の操縦性を向上させるために、例えばスラスタを船首および／または船尾に設けることができる。好都合な流れや気象条件では、スラスタにより、ドッキング操作、特に船の横方向の移動のために、コストのかかるタグボートの使用を不要にすることができる。しかし、このようなスラスタは、船首または船尾領域の水線の下にある船体を完全に貫通する横方向チャネルを必要とし、これにより、２つの広範な対向する開口部が生じる。

横方向チャネルの端部開口部により、船舶の通常の運転操作における船体の流れ抵抗の増加をもたらす乱流が水中に生じる。これは、今度は容認できないほどの燃料消費の増加をもたらす。この事実と関連している重要なことは、２０ノットの範囲になる貨物船や旅客船の移動速度が速いことが多いということである。

通常の運転操作における船体の流れ抵抗を低減するために、例えばスラスタの横方向チャネルの開口部を閉じるための円形のバタフライ弁が知られている。横方向チャネルの２つの対向する開口部のうちの１つの領域にそれぞれ配置されたバタフライ弁の回転により、船舶の通常の運転操作では、開口部は、船体の外皮とほぼ面一に閉じることができる。船の操縦操作では、バタフライ弁は、その長手方向中心軸を中心に９０°回転することによって開かれる。全開状態では、バタフライ弁は、横方向チャネルの長手方向に平行に配向されているため、スラスタの駆動プロペラによって生成された水流は、横方向チャネルの直径に対して材料の厚さが薄いため、ほとんど妨害されずにバタフライ弁を通過することができる。

しかし、このようなバタフライ弁に関する長年の経験により、特に開口部の直径方向に配置されたそれらの支持点が、スラスタのプロペラ後流、外部流れの力、および波の衝撃による高い機械的負荷を受けることが示されている。さらに、バタフライ弁の支持点は、腐食性の航路の水に恒久的にさらされている。それ自体により、または互いに組み合わさって、極端な場合に影響を与えるすべての要因が、このようなバタフライ弁の完全な故障につながる可能性がある。

本発明の目的は、水中にある開口部のための、メンテナンスが少なくおよび信頼性の高いカバー装置を提供することであり、この開口部は船舶の船体にある。また、本発明の目的は、船舶のための可能な限りメンテナンスのかからないスラスタを提供することである。

この目的は、最初に、請求項１の特徴を含むカバー装置によって達成される。

カバー装置は、少なくとも１つの浮力体を含む少なくとも１つの可変容積の中空チャンバリップを含み、流体、特に空気を供給または除去することによって少なくとも１つの中空チャンバリップは、拡張状態または収縮状態に移行可能であるので、カバー装置の大部分が摩耗がなくメンテナンスが少ない設計となり、特に支持点またはヒンジ点なしで管理される。結果的に、腐食性の媒体、特に海中での故障のない動作が可能となる。拡張状態では、導入された流体または媒体の高圧により、中空チャンバリップの寸法安定性が十分に確保され、通常の運転操作において船体の開口部が確実に閉鎖される。カバー装置は、流体として、通常大気圧（１０１３ｈＰａ）よりも高い圧力の圧縮空気、または空気で駆動するのが一般的である。他の流体、例えば水、海水、または油を流体として使用することができる。拡張状態において−円形の断面形状を持つ開口部の場合−中空チャンバリップは、ほぼ半楕円形または舌型の形状をしている。

有利なさらなる発展形態によれば、中空チャンバリップは、少なくとも１つの柔軟かつ高張力の成形要素を含む。最大拡張状態に達すると、中空チャンバリップは、バルーン状の形状からほぼ逸脱して画定された形状、例えばマット形状が与えられ得る。

中空チャンバリップは、好ましくは、液密で柔軟な表面構造を有するように構成されている。これにより、流体の供給または除去によって中空チャンバリップの実質的な設計変更が可能になる。表面構造は、例えば、その表面の伸びに対して材料の厚さが薄い、柔軟な、場合によっては弾性のフィルム、または他の液密の、場合によってはゴム引き繊維材料とすることができる。

さらなる発展形態によれば、中空チャンバリップの拡張状態において、開口部は、本質的に完全に閉じられ、収縮状態においては、本質的に完全に遮断されない。船舶、特に船の通常の運転では、開口部は事実上完全に閉鎖されているため、水中の船体の流れ抵抗の増加は可能な限り排除される。

少なくとも１つの双安定バネ部材は、好ましくは、中空チャンバリップの自由端の領域に少なくとも部分的に配置される。弾性、かつ双安定の部材により、中空チャンバリップの収縮状態と拡張状態との間の変化がサポートされる。拡張状態では、中空チャンバリップの自由端は、海底に面する下側開口部に沿って本質的に延び、理想的な場合の収縮状態において、そこから離れるように向けられた上側開口部と同一平面になる。双安定のバネ部材は、例えば、ゴムを使用して、プラスチックを使用して、金属を使用して、特にバネ鋼を使用して、または上記の材料の組み合わせを使用して形成することができる。

中空チャンバリップの拡張状態と収縮状態との間の変化は、好ましくは双安定バネ部材により迅速に行われる。結果として、開口部がカバー装置によって部分的にのみ閉じられているか、またはふさがれていない中間状態は、迅速に通り過ぎる。従って、スラスタのプロペラによる中空チャンバリップの表面構造の部品の吸引が確実に回避される。

さらなる発展形態では、小さな流れ抵抗を有する当接要素、特に格子が、少なくとも部分的に開口部内に配置される。拡張状態では、横方向チャネルの延在方向において中空チャンバリップの少なくとも片側に作用する横方向支持が保証される。この当接要素は、例えば、格子、有孔金属板などを使用して実現できる。

１つの好ましい実施形態の場合、収縮状態において、少なくとも１つの中空チャンバリップは、収納空間内に完全に受け入れられ、拡張状態では、中空チャンバリップの自由端は、少なくとも部分的に締まり嵌め式に凹部に受け入れられる。収縮状態では、中空チャンバリップが開口部の断面から完全に引き戻され、スラスタの動作に関連して流れ抵抗が増加しないことが、収納空間によって保証される。凹部により、中空チャンバリップの自由端の追加の位置固定が拡張状態において保証され、これによりカバー装置の密封機能がさらに改善される。好ましくは、矩形の凹部が開口部の下部開口部の低点の領域に設けられる。本明細書の文脈において、「低点」という用語は、海底に最も近い架空の点、またはスラスタの下部開口部の半円の断面形状の「下部」頂点を意味すると理解される。

少なくとも１つの浮力体は、好ましくは、中空チャンバリップの自由端の領域に配置され、水よりも密度が低い。海底から離れる向きの、または重力に抗して作用する浮力体の浮力により、中空チャンバリップの拡張状態と収縮状態の間の移行がサポートされる。浮力体は、例えばトーラス部分の形状を有することができる。さらに、複数の浮力体を中空チャンバリップの自由端に分散して配置することができ、好ましくは互いに均一に間隔をあけて配置される。

加えて、上記の目的は、請求項１０に記載のスラスタ、特に船首または船尾スラスタによって達成される。

船舶用のスラスタが、請求項１〜９のいずれか１項に記載の少なくとも１つのカバー装置を含むため、信頼性が高くメンテナンスが少ない方法で、通常２つの開口部を含む横方向チャネルが閉鎖可能およびブロックされないことが可能な船舶用のスラスタが提供される。通常の運転操作では、流れ抵抗を最小限に抑えるために、開口部を完全に閉めることができ、スラスタが動いている状態の操縦作業において、完全にブロックされない。スラスタは、例えば、船首または船尾スラスタとして具体化することができる。したがって、本発明のカバー装置は、頻繁に故障することがある機械的なヒンジ点や支持点が故障することなく管理することができる。さらに、カバー装置の動作には、駆動部やモーターなど、故障の可能性のある機械的な駆動部品は必要ない。

図面において、同一の構成要素は同一の参照番号を有する。

完全な収縮状態のカバー装置を含む船舶の船体のスラスタの水面下にある開口部の平面図を示す。 完全な拡張状態の図１のカバー装置の概略平面図を示す。 図１および図２のカバー装置を含むスラスタ、およびさらなるカバー装置の縦断面図を示す。

図１は、完全収縮状態にあるカバー装置を備えた船舶の船体内のスラスタの水中開口部の平面図を示す。

ここでは船として典型的に形成された船舶１２の船体１０において、水１４の下にある開口部１６は、円形断面形状を有し、開口部１６は、本発明のカバー装置２０を用いて一時的に閉じることができる。開口部１６は、ここでは、スラスタ２６の横方向チャネル２４の右舷開口部または左舷開口部２２として例示的に設計されているが、横方向チャネル２４は、船体１０を完全に貫通している。スラスタ２６は、船体１０の長手方向軸３２を横切って延びる横方向チャネル２４において、より容易な操縦に必要な強い水流を生成するために、プロペラ３０を回転駆動するための駆動ユニット２８を含む。ここで、スラスタ２６は、例えば、船首または船尾スラスタ３４として構成することができる。原則として、カバー装置２０を使用して、船舶の船体内の水の下にある任意の開口部を閉じることができる。

カバー装置２０は、とりわけ、可変容積のほぼ袋状の中空チャンバリップ４０を備え、中空チャンバリップ４０は、ここで図示された完全な「収縮状態」において、船体１０の領域の収納空間４２に完全に受容されて、開口部２２が完全に開放され、スラスタ２６が作動された状態で、横方向チャネル２４内の水流の障害が実質的に排除されるようになる。

管状接続部４４を介して、好ましくは圧縮空気４８または別のガスである流体４６は、中空チャンバリップ４０に供給されるか、または中空チャンバリップ４０から排出または吸引され得る。圧縮空気４８の十分な供給により、中空チャンバリップ４０は、いわゆる「拡張状態」、すなわち完全に拡張された状態（特に図２参照）にシフトされる一方、中空チャンバリップ４０は、可能な限り完全に圧縮空気４８を外に吸出して、ここに示したいわゆる「収縮状態」にシフトされる。

「拡張状態」から「収縮状態」への移行をサポートするために、浮力体５０が中空チャンバリップ４０に組み込まれ、浮力体の密度は、水の密度よりも著しく低い。中空チャンバリップ４０は、液密で、折り畳み可能で、可能な限り柔軟であり、場合によっては弾力のある表面構造５２で構成される。ここでは、浮力体５０は、中空チャンバリップ４０の自由端５４の領域に例示的に配置され、その外側に配置されている。自由端５４から離れる方向に向けられた中空チャンバリップ４０の固定端５６は、収納空間４２の上側カバー５８の領域に取り付けられる。中空チャンバリップ４０の表面構造５２は、例えば、任意に繊維強化された高強度プラスチックフィルムまたはエラストマーフィルムとすることができる。

さらに、中空チャンバリップは、双安定バネ部材６０、例えば厚肉プラスチックマットを含み、本明細書に示されている「収縮状態」において、海底６２から離れて面する上側開口部６４に沿って本質的に延在する。本質的に半円形の断面形状を有する一方の双安定バネ部材６０は、中間状態を避けるために、中空チャンバリップ４０の「収縮状態」と「拡張状態」との間の各変化が、遷移することなく、または 「クリッカー原理」の方式でできるだけ迅速に有効になるよう機能する。周方向において、海底６２に向けられた下部開口部６６が上部開口部６４に接続されている。ここで、上部開口部６４と下部開口部６６の両方は、共に略半円筒形の形状を有しており、共に、横方向チャネル２４の略円形の断面形状を形成する。

さらに、格子６８として例示的に設計された当接要素７０が設けられ、完全に拡張状態または拡張状態における中空チャンバリップ４０のための片側横方向ガイドとして機能する。代替的には、ここには描かれていない更なる格子を格子６８に対して平行に延在して設けることができるため、中空チャンバリップ４０（特に図２参照）の拡張状態（船舶または船の通常の運転操作において、横方向チャネル２４の開口部２２の閉鎖のために設定されている）において、特に、両方の格子間の中空チャンバリップ４０の特に信頼性のある両側のガイドが保証される。

図２は、図１のカバー装置の完全な「拡張状態」の概略平面図を示す。

「拡張状態」では、中空チャンバリップ４０の自由端５４または双安定バネ部材６０が下部開口部６６の領域内に延在し、それによりスラスタ２６の開口部２２が実質的に完全に閉鎖され、通常の運転操作において、船舶１２の船体１０の流れ抵抗が著しく増加することはない。「拡張状態」において、浮力体５０は、下部開口部６６の低点８０の領域に位置する。

ここで、舌状の中空チャンバリップ４０は、格子６８の一方の側に支持されている。中空チャンバリップ４０の「収縮状態」（特に図１参照）からここで示される「拡張状態」への変化は、接続部４４を介して袋状の構造への圧縮空気４８の供給によって達成され、その結果、完全な「拡張状態」に達するまで拡張する。

「収縮状態」から「拡張状態」に移行すると、双安定バネ部材６０は、ここに示された位置、収縮状態のバネ部材６０の伸びに対して鏡面対称である位置に急激にまたは無段階的に跳ね、最適な封止効果を確実にするために、理想的な場合には、バネ部材６０、または中空チャンバリップ４０の自由な半円形の端部５４は、スラスタ２６の開口部２２の下部開口部６６の領域に完全に当接する。

図３は、図１および図２のカバー装置を含むスラスタ、およびさらなるカバー装置の縦断面図を示す。

スラスタ２６は、水１４の下で船舶１２の船体１０を完全に貫通する横方向チャネル２４を備える。略円筒形の横方向チャネル２４は、開口部２２と、それに対向して船体１０に組み込まれたさらなる開口部９０とを含む。海底６２は、船舶１２の船体１０の下方に位置する。少なくとも部分的に横断方向のチャネル２４の外側に配置された駆動ユニット２８を含むプロペラ３０は、スラスタ２６の横方向チャネル２４内に配置される。

横方向チャネル２４の開口部２２は、ここでは「拡張状態」にあるカバー装置２０によって完全に閉鎖されるか、またはカバーされる。接続部４４を介して常に出入りする圧縮空気４８を使用することにより、中空チャンバリップ４０の「拡張状態」の永久的な維持が、船舶１２の通常の運転操作において可能である。

双安定バネ部材６０および浮力体５０は、中空チャンバリップ４０の自由端５４の領域に配置される。ここでは格子６８として実現され示された当接要素７０により、中空チャンバリップ４０は、位置が固定されており、常に船舶１２の船体１０と同一平面で終端し、通常の運転操作において、開口部２２の信頼性のある閉鎖が確実になる。

中空チャンバリップ４０の位置固定をさらに最適化するために、低点８０の領域における下部開口部６６の開口部２２の内部に、船舶の長手方向軸に平行に延在する例えば矩形の凹部９２または「トレンチ」、または「トラフ」が少なくとも１つ設けられ、そこに「拡張状態」において、中空チャンバリップ４０の自由端５４が少なくとも部分的に受け入れ可能であるか、またはで締まり嵌め状態で部分的に導入可能である。

中空チャンバリップ４０内には、３つの、例えばバンド型またはストリップ型の成形要素９４，９６，９８がここでは単に例示的に設けられている。これらの成形要素９４，９６，９８は、引っ張り力をサポートすることができるが、大きな圧縮力はなく、拡張状態の中空チャンバリップ４０に、明確に規定されたマット型またはマットレス型の形状を与える役割を果たす。成形要素９４，９６は、好ましくは、横方向チャネル２４に略平行に延びているが、個々の成形要素９８は、横方向チャネル２４に対して約８５°傾斜する角度αで延びている。成形要素９８は、例えば双安定バネ部材６０と中空チャンバリップ４０の固定端５６との間に配置することができ、固定端５６は、収納空間４２の上側に固定される。成形要素９４，９６、および９８は、例えば、高い引張強さを有する繊維バンドを用いて構成することができる。あるいは、成形要素９４，９６、および９８は、中空チャンバリップ４０と同じ生地５２から構成することができ、ここではストリップ状に設計することができる。

スラスタ２６の横方向チャネル２４の第２開口部９０は、さらなるカバー装置１１０を用いて閉鎖可能である。開口部９０のカバー装置１１０は、カバー装置２０に対して鏡像対称に構成されているが、ここではカバー装置２０とは異なり「収縮状態」で位置している。それ以外は、カバー装置１１０の建設的な設計および機能は、カバー装置２０の機能に対応しているので、この点において、内容の繰り返しを避けるために、カバー装置２０の説明を参照されたい。カバー装置２０の中空櫛状リップ４０は、必ずしも下方に、すなわち下方開口部６６に向かって先細になるように設計する必要はない。他のカバー装置１１０についても同様である。

図１〜図３に例示的にしか示されていない、本発明のカバー装置を使用してスラスタの横方向チャネルの両側開口部を閉鎖する可能性から逸脱して、本発明のカバー装置を使用して、船の水線より下の他の開口部を閉鎖可能に設計することができる。

狭い意味での機械的に可動な構成要素、特に支持点、ヒンジ点、モーター、および駆動装置がない、可変容積または拡張可能な中空チャンバリップの構造的に単純な設計により、より長い寿命、信頼性が高く、メンテナンスの少ないカバー装置を確保することができる。

本発明は、船舶の船体内の水の下にある開口部、特にスラスタの横方向チャネルの開口部の少なくとも部分的な閉鎖のためのカバー装置に関する。本発明によれば、カバー装置は、少なくとも１つの浮力体を含む少なくとも１つの可変容積中空チャンバリップを含み、少なくとも１つの中空チャンバリップは、流体、特に空気の供給または除去によって拡張状態または収縮状態に移行可能である。可変容積の、または拡張可能なカバー装置により、カバー装置の信頼性が高くかつ同時によりメンテナンスの少ない動作が得られる。さらに、本発明は、スラスタ、特に船首または船尾スラスタを有する。

１０ 船体
１２ 船舶
１４ 水
１６ 開口部（一般）
２０ カバー装置
２２ 開口部（横方向チャンネル）
２４ 横方向チャンネル（スラスタ）
２６ スラスタ
２８ 駆動ユニット
３０ プロペラ
３２ 長手方向軸（船体）
３４ 船首または船尾スラスタ
４０ 中空チャンバリップ
４２ 収納空間
４４ 接続部
４６ 流体
４８ 圧縮空気（空気）
５０ 浮力体
５２ 表面構造
５４ 自由端
５６ 固定端
５８ カバー（収納空間）
６０ 双安定バネ部材
６２ 海底
６４ 上部開口部
６６ 下部開口部
６８ 格子
７０ 当接要素
８０ 低点
９０ 開口部（横方向チャンネル）
９２ 凹部
９４ 成形要素
９６ 成形要素
９８ 成形要素
１１０ カバー装置

Claims (9)

1. 水の下にある開口部（１６）を少なくとも部分的に閉じるためのカバー装置（２０，１１０）であって、前記開口部は、船舶（１２）の船体（１０）にあり、特にスラスタ（２６）の横方向チャネル（２４）の開口部（２２，９０）であり、前記カバー装置（２０，１１０）が、少なくとも１つの浮力体（５０）を含む少なくとも１つの可変容積中空チャンバリップ（４０）を含み、かつ流体（４６）、特に空気（４８）の供給または除去によって、前記少なくとも１つの中空チャンバリップ（４０）が拡張状態または収縮状態に移行することができ、
   前記少なくとも１つの浮力体（５０）が前記中空チャンバリップ（４０）の自由端（５４）の領域に配置され、かつ水よりも低い密度を有することを特徴とする、カバー装置（２０，１１０）。
2. 前記中空チャンバリップ（４０）が少なくとも１つの柔軟、かつ高い引張強さの成形要素（９４，９６，９８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のカバー装置（２０，１１０）。
3. 前記中空チャンバリップ（４０）が、液密、かつ柔軟な生地（５２）によって構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のカバー装置（２０，１１０）。
4. 前記中空チャンバリップ（４０）の前記拡張状態において、前記開口部（１６，２２，９０）は、基本的に完全に閉じられ、前記収縮状態においては、基本的に完全に開放されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のカバー装置（２０，１１０）。
5. 前記中空チャンバリップ（４０）の自由端（５４）の領域において、少なくとも１つの双安定バネ部材（６０）が少なくとも部分的に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のカバー装置（２０，１１０）。
6. 前記中空チャンバリップ（４０）の前記拡張状態および前記収縮状態の変化が前記双安定バネ部材（６０）によって迅速にもたらされることを特徴とする、請求項５に記載のカバー装置（２０，１１０）。
7. 前記開口部（１６，２２，９０）において、小さい流れ抵抗を有する当接要素（７０）、特に格子（６８）が少なくとも部分的に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のカバー装置（２０，１１０）。
8. 前記収縮状態において、前記少なくとも１つの中空チャンバリップ（４０）が収納空間（４２）に完全に受容されることができ、前記拡張状態において、前記中空チャンバリップ（４０）の自由端（５４）が凹部（９２）に締まり嵌め方法で少なくとも部分的に受容されることができることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のカバー装置（２０，１１０）。
9. スラスタ（２６）の横方向チャネル（２４）の少なくとも１つの開口部（２２，９０）をカバーするための、請求項１〜８のいずれか一項に記載の少なくとも１つのカバー装置（２０，１１０）を含む、船舶（１２）のためのスラスタ（２６）、特に船首または船尾スラスタ（３４）。

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