JP7144001B2 - propulsion device - Google Patents
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Description
本発明は、流体中で使用される推進装置に関する。 The present invention relates to propulsion devices for use in fluids.
従来、船舶等においては、流体中で使用される推進装置として、スクリュー等が使用されてきた。スクリューは流体中で回転することによって回転軸方向に推進力を発生させるものであり、一般に、回転軸となるボスと、ボスから伝達された回転によって推進力を発生させる複数のブレード部分から構成されている。 Conventionally, in ships and the like, screws and the like have been used as propulsion devices used in fluids. A screw rotates in a fluid to generate propulsion in the direction of its axis of rotation. Generally, it consists of a boss that serves as the axis of rotation and multiple blades that generate propulsion from the rotation transmitted from the boss. ing.
このようなスクリューを使用する推進装置には、従来、キャビテーションの問題が知られている。キャビテーションとは、流体が飽和水蒸気圧以下に低下することによって、流体中に気泡が発生することをいう。特に、従来の船舶用スクリューでは、ブレードの端部から自由渦が放出され、その渦の中心部の圧力が低下することによって発生するキャビテーションであるチップボルテックスキャビテーションが知られている。キャビテーションが発生すると、船舶の推進力を低下させる、あるいは、ブレード表面に気泡が衝突することによって、ブレード表面を損傷させてしまう。 Propulsion systems using such screws are known to suffer from cavitation problems. Cavitation refers to the generation of air bubbles in a fluid as the fluid drops below the saturated water vapor pressure. In particular, in conventional marine propellers, tip vortex cavitation is known, which is cavitation caused by free vortices emitted from the ends of the blades and a drop in pressure at the center of the vortices. When cavitation occurs, it reduces the propulsion force of the ship, or damages the blade surface by causing air bubbles to collide with the blade surface.
このようなキャビテーションを解消するための技術として、様々な推進装置が開発されている。例えば、特許文献1に記載の推進装置は、回転駆動される回転基体内に流体を吸い込み、吸い込んだ流体を、回転基体内に設けられた流路に沿って流動させると共に遠心力を与えることにより加速させるように構成されている。この推進装置は、回転基体から流体を吐出する際に生じる反力から推進力を発生させている。
また、特許文献2に記載の推進装置も、回転体から流体を吐出する際に生じる反力から推進力を発生させるものである。
Various propulsion devices have been developed as techniques for eliminating such cavitation. For example, the propulsion device described in
Further, the propulsion device described in Patent Document 2 also generates a propulsion force from the reaction force generated when the fluid is discharged from the rotating body.
特許文献1、2に記載の推進装置では、推進装置の構成部材と流体との接触面に負圧が生じにくく、キャビテーションが発生しにくい構成となっている。また、特許文献3にはキャビテーションについての言及がないが、特許文献3に記載の推進装置は、キャビテーションが発生しにくい構造となっていると考えられる。
The propulsion devices described in
そこで、本発明の目的は、キャビテーションの発生を抑制しつつ、特許文献1乃至3に記載の推進装置よりもさらに高い推進力を発生させる推進装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a propulsion device that generates a higher propulsive force than the propulsion devices disclosed in
以下、本項において、発明とは、特許請求の範囲に記載されている発明をいう。
第1の発明は、
流体を吸入側から吸い込み、吐出側から吐出する推進装置であって、
回転軸に対してらせん状に配置された複数のブレードを有するスクリューと、
前記複数のブレードが内側側面に固定されるとともに、前記吸入側の縁部、かつ、隣接する前記ブレード間に、前記回転軸の方向の凹みを有する管状ハウジングと、
を有する推進装置である。
Hereinafter, in this section, the term "invention" refers to the invention described in the scope of claims.
The first invention is
A propulsion device that sucks a fluid from the suction side and discharges it from the discharge side,
a screw having a plurality of blades arranged helically about the axis of rotation;
a tubular housing having the plurality of blades fixed to its inner side surface and having recesses in the direction of the rotation axis at the suction side edge and between adjacent blades;
It is a propulsion device having
第2の発明は、
前記管状ハウジングは、前記吐出側における前記回転軸から前記内側側面までの第1半径が、前記吸入側における前記回転軸から前記内側側面までの第2半径よりも小さい、
第1の発明記載の推進装置である。
The second invention is
In the tubular housing, a first radius from the rotation axis to the inner side surface on the discharge side is smaller than a second radius from the rotation axis to the inner side surface on the suction side.
It is a propulsion device according to the first invention.
第3の発明は、
流体を吸入側から吸い込み、吐出側から吐出する推進装置であって、
回転軸に対してらせん状に配置された複数のブレードを有するスクリューと、
前記複数のブレードが内側側面に固定され、かつ、前記吐出側における前記回転軸から前記内側側面までの第1半径が、前記吸入側における前記回転軸から前記内側側面までの第2半径よりも大きい、管状ハウジングと、
を有する推進装置、である。
「らせん状」とは、回転軸に対して傾斜して配置されていればよく、また、ブレードの全ての部分が傾斜している必要はない。
「固定」とは、ブレードと管状ハウジングとが接続された状態であればよい。すなわち、ブレードと管状ハウジングとは必ずしも別個の構成要素である必要はなく、ブレードと管状ハウジングとは一体成型された部材であってもよい。
The third invention is
A propulsion device that sucks a fluid from the suction side and discharges it from the discharge side,
a screw having a plurality of blades arranged helically about the axis of rotation;
The plurality of blades are fixed to an inner side surface, and a first radius from the rotation axis to the inner side surface on the discharge side is larger than a second radius from the rotation axis to the inner side surface on the suction side. , a tubular housing, and
a propulsion device having a
The term "helical" means that the blades are arranged at an angle to the axis of rotation, and not all portions of the blades need to be inclined.
"Fixed" may be a state in which the blade and tubular housing are connected. That is, the blades and tubular housing do not necessarily have to be separate components, and the blades and tubular housing may be integrally molded members.
第4の発明は、
前記管状ハウジングは、前記吸入側の縁部、かつ、隣接する前記ブレード間に、前記回転軸の方向の凹みを有する、
第3の発明記載の推進装置である。
The fourth invention is
The tubular housing has a recess in the direction of the axis of rotation at the suction-side edge and between adjacent blades.
It is a propulsion device according to the third invention.
第5の発明は、
前記管状ハウジングを回転自在に収納するケーシングをさらに有する、
第1~4の発明記載の推進装置である。
The fifth invention is
further comprising a casing that rotatably accommodates the tubular housing;
A propulsion device according to the first to fourth inventions.
第6の発明は、
前記ケーシングは、前記管状ハウジングの前記吐出側に対向して配置され、かつ、前記吐出側に先細りに突出して形成された整流突起を有する、
第5の発明記載の推進装置である。
The sixth invention is
The casing has a rectifying projection that is disposed opposite to the discharge side of the tubular housing and that protrudes tapered toward the discharge side.
It is a propulsion device according to the fifth aspect of the invention.
第7の発明は、
前記スクリューは、前記スクリューの回転軸上かつ前記吐出側に軸状突起を有し、
前記整流突起は、前記軸状突起を回転可能に支持する軸受を有する、
第6の発明記載の推進装置である。
The seventh invention is
The screw has an axial projection on the rotation axis of the screw and on the discharge side,
The rectifying projection has a bearing that rotatably supports the shaft-shaped projection,
It is a propulsion device according to the sixth invention.
本発明の推進装置によれば、キャビテーションの発生を抑制しつつ、従来のスクリューを用いた推進装置よりも高い推進力を発生させることができる。 According to the propulsion device of the present invention, it is possible to generate a higher propulsive force than a conventional propulsion device using a screw while suppressing the occurrence of cavitation.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本発明とは、特許請求の範囲又は課題を解決するための手段の項に記載された発明を意味するものであり、以下の実施形態に限定されるものではない。また、少なくともかぎ括弧内の語句は、特許請求の範囲又は課題を解決するための手段の項に記載された語句を意味し、同じく以下の実施形態に限定されるものではない。
特許請求の範囲の従属項に記載の構成及び方法、従属項に記載の構成及び方法に対応する実施形態の構成及び方法、並びに特許請求の範囲に記載がなく実施形態のみに記載の構成及び方法は、本発明においては任意の構成及び方法である。特許請求の範囲の記載が実施形態の記載よりも広い場合における実施形態に記載の構成及び方法も、本発明の構成及び方法の例示であるという意味で、本発明においては任意の構成及び方法である。いずれの場合も、特許請求の範囲の独立項に記載することで、本発明の必須の構成及び方法となる。
実施形態に記載した効果は、本発明の例示としての実施形態の構成を有する場合の効果であり、必ずしも本発明が有する効果ではない。
複数の実施形態がある場合、各実施形態に開示の構成は各実施形態のみで閉じるものではなく、実施形態をまたいで組み合わせることが可能である。例えば一の実施形態に開示の構成を、他の実施形態に組み合わせても良い。また、複数の実施形態それぞれに開示の構成を集めて組み合わせても良い。
発明が解決しようとする課題に記載した課題は公知の課題ではなく、本発明者が独自に知見したものであり、本発明の構成及び方法と共に発明の進歩性を肯定する事実である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
It should be noted that the present invention means the invention described in the scope of claims or the section of Means for Solving the Problems, and is not limited to the following embodiments. In addition, at least the words and phrases in angle brackets mean the words and phrases described in the claims or the means for solving the problems section, and are not limited to the following embodiments.
Structures and methods described in dependent claims, structures and methods of embodiments corresponding to structures and methods described in dependent claims, and structures and methods described only in embodiments without claims are optional configurations and methods in the present invention. In the sense that the configuration and method described in the embodiment when the description of the claims is broader than the description of the embodiment are also examples of the configuration and method of the present invention, in the present invention, any configuration and method be. In either case, the essential features and methods of the invention are described in the independent claims.
The effects described in the embodiments are the effects when having the configuration of the embodiment as an example of the present invention, and are not necessarily the effects of the present invention.
When there are multiple embodiments, the configuration disclosed in each embodiment is not limited to each embodiment, but can be combined across the embodiments. For example, a configuration disclosed in one embodiment may be combined with another embodiment. In addition, the configurations disclosed in each of a plurality of embodiments may be collected and combined.
The problems described in the Problems to be Solved by the Invention are not known problems, but were independently discovered by the inventors, and are facts that affirm the inventive step of the invention together with the structure and method of the present invention.
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態1について、図1乃至図4を参照して説明する。図1は実施形態1の推進装置10の斜視図を、図2は推進装置10の正面図を、図3は推進装置10の背面図を、図4は推進装置10の側面図を、それぞれ示している。
ここで、推進装置10は、図1右側の流体吸入側から流体を吸い込み、図1左側の流体吐出側から流体を吐出することによって推進力を得る。
(Embodiment 1)
Here, the
推進装置10は、スクリュー部100および管状ハウジング101を備える。スクリュー部100は、ボス102、複数のブレード103、及び整流突起104を有している。また、図1乃至図4に示す推進装置10の流体吸入側には、モータ等の回転力を推進装置10に伝達するための駆動軸105が取り付けられている。
The
ボス102はスクリュー部100の回転軸として機能する。ボス102の流体吸入側には駆動軸105が取り付けられており、モータ(図示せず)等によって生成された回転力を、駆動軸105を介して受け取る。
なお、図面に示すボス102は円柱形状を有しているが、後述する実施形態3、4に記載のボスと同様、流体吸入側から流体吐出側に向かって断面が増大するような形状、例えば円錐形状を有してもよい。
Although the
ボス102の側面には、ボス102の回転軸方向に対してらせん状に配置された3枚のブレード103が取り付けられている。このブレード103は、従来のスクリュープロペラに設けられたブレードと同様、ボス102とともに回転することによって回転軸方向に揚力を生成し、これにより、推進装置10に推進力を発生させる部分である。
Three
ブレード103は、流体吸入側から流体吐出側に向かって捻じれて形成されている。すなわち、ボス102に取り付けられるブレード103の縁部を内縁部106、内縁部106の反対側に位置するブレード103の縁部を外縁部107とすると、図4に示すように、ボス102の回転軸方向に対する内縁部106の取り付け角度αと、ボス102の回転軸方向に対する外縁部107の傾き角度βは異なっており、外縁部107の角度βの方が内縁部106の角度αよりも大きくなるように形成されている。
The
なお、本明細書中では、スクリュー部100が3枚のブレード103を有する構成を図示し、説明しているが、ブレードの枚数は任意の数とすることができる。
In this specification, the configuration in which the
ボス102の流体吐出側の端部には、吐出側に先細りに突出して形成された円錐形の整流突起104が設けられている。整流突起104は、スクリュー部100の回転軸周囲で流体吐出側から吐出される流体を整流する。ただし、整流突起は必須の構成ではなく省略してもよい。
At the end of the
管状ハウジング101は、スクリュー部100の周囲に配置されており、その内側側面には3枚のブレード103の外縁部107が固定される。図1乃至4に示す構成では、内側側面には、ブレード103の外縁部107がその全長にわたって固定されている。しかしながら、管状ハウジング101とブレード103とが一体回転できるようにブレード103の外縁部107が管状ハウジング101の内側側面に固定されていればよく、ブレード103の外縁部107の一部のみが内側側面に固定される構成であってもよい。
A
また、スクリュー部100と管状ハウジング101は、それぞれ別個の構成要素として形成した後、溶接等によってスクリュー部100が管状ハウジング101の内側側面に固定することができる。しかしながら、上述したとおり、スクリュー部100と管状ハウジング101とは一体回転できるように固定されていればよく、例えば、スクリュー部100と管状ハウジング101とを鋳造等によって一体的に形成してもよい。
Also, after the
管状ハウジング101は、スクリュー部100の回転軸に対して垂直方向に円形の断面を有している。そして、流体吐出側の円形断面は、回転軸から内側側面まで半径r11(本発明における「第1半径」)を有し、流体吸入側の円形断面は、回転軸から内側側面まで半径r12(本発明における「第2半径」)を有しており、流体吐出側の半径r11は流体吸入側の半径r12よりも小さくなるように構成されている。
さらに、管状ハウジング101は、吸入側の縁部、かつ、隣接する2つのブレード103の間に配置された凹み108を有する。図5は、凹み108の拡大図を示している。図5に示すとおり、凹み108は、管状ハウジング101の流体吐出側の縁部から凹み108の底部までの距離x1が、管状ハウジング101の流体吐出側の縁部から流体吸入側の縁部までの距離x2よりも短くなるような方向、すなわち、回転軸の方向に設けられている。なお、図1乃至図3においては、凹み108の構成は省略されている。
Furthermore, the
凹み108は、本発明の推進装置の推進力を増大させるため、管状ハウジング101内に流体が流入しやすくすることを意図して設けられている。図5に示す実施形態では、凹み108は略半楕円形状を有し、さらに、ブレード103の周囲により多くの流体が吸入されるように、管状ハウジング101の流体吸入側の縁部から凹み108の底部までの傾斜が、ブレード103の近位側では、ブレード103の遠位側よりも急な傾斜となっている。しかしながら、凹み108の形状は、図示する形状に限定されるものではない。
なお、凹み108は任意の構成であって、管状ハウジング101は、凹み108を有していなくともよい。
The
Note that the
流体が円筒中を流れる場合、ベルヌーイの定理より、円筒の断面積が小さくなるにつれて流速は増加する。つまり、推進装置10では、流体速度が流体吸入側よりも流体吐出側で速くなり推進装置内で流体が加速されるため、推進装置10では高い推進力を得ることが可能となる。
When a fluid flows through a cylinder, according to Bernoulli's theorem, the flow velocity increases as the cross-sectional area of the cylinder becomes smaller. That is, in the
図6は従来のスクリューによって得られる推力の測定結果を、図7は本実施形態1の推進装置10によって得られる推力の測定結果を示している。図6、7に示す測定値は、駆動軸105の先端にモータを取り付けた推進装置を水中に配置し、モータを駆動させた場合に推進装置が前進しようとする力(以下、牽引力という)をばね測りで測定するとともに、その時点でのモータの消費電力を測定したものである。回転数600rpmと1110rpmそれぞれについて15回の測定を行い、その平均値を算出した。
FIG. 6 shows the measurement results of the thrust obtained by the conventional screw, and FIG. 7 shows the measurement results of the thrust obtained by the
図6は、4枚のブレードを有し、回転軸からスクリューブレードの最外縁までの半径が30mmのスクリューの測定結果を示している。また、図7は、流体吐出側の半径r11が30mm、流体吸入側の半径r12が35mm、4枚のブレードを有し、整流突起および吸入側の縁部に凹みを有しない仕様の推進装置10の測定結果を示している。
FIG. 6 shows the measurement results for a screw with four blades and a radius of 30 mm from the axis of rotation to the outermost edge of the screw blades. In addition, FIG. 7 shows a propellant with a radius r 11 of 30 mm on the fluid discharge side, a radius r 12 of 35 mm on the fluid suction side, four blades, and no rectification protrusions and no dents on the edges on the suction side. 4 shows the measurement results of the
実施形態1と従来のスクリューとを比較してみると、実施形態1の牽引力は、回転数が600rpm、1110rpmいずれの場合にも従来のスクリューに対して2倍以上増加している。これに対し、推進装置10の測定時の消費電力は、回転数が600rpm、1110rpmいずれの場合も従来のスクリューより増加するが、その増加率はそれぞれ約20%、約78%であり、牽引力の増加率に対して消費電力の増加率は低い。したがって、推進装置10では、従来のスクリューよりもエネルギー効率が向上する。
すなわち、推進装置10によれば、従来のスクリューと比較してエネルギー効率を改善することができ、さらに、スクリューの周囲に管状ハウジングを設けることにより、ブレードの端部にキャビテーションが発生するのを防ぐことが可能となる。
Comparing
In other words, the
さらに、図8は、実施形態1の推進装置10について、凹み108を有しない場合(a)と凹み108を有する場合(b)の構成を、同じ条件下(回転数575rpm)で測定したときの測定結果を示している。凹みを有しない推進装置10(a)と、凹みを有する推進装置10(b)とを比較してみると、推進装置10(b)は推進装置10(a)と比較して、消費電力が約7%低下し、さらに牽引力が約15%増加している。
以上のことから、推進装置の吸入側の縁部に凹みを設けることにより、エネルギー効率の向上を図るとともに、牽引力を向上させることが可能となる。
Furthermore, FIG. 8 shows the configuration of the
From the above, it is possible to improve the energy efficiency and the tractive force by providing the recess on the suction side edge of the propulsion device.
(変形例1)
本実施形態1における推進装置10はさらに、推進装置10の流体吸入側において、駆動軸105の周囲を流れる流体が管状ハウジング101内に流入しやすくなるように、流体吸入側に導流板を有してもよい。
(Modification 1)
The
図9は、ブレード103の流体吸入側の縁部と駆動軸105の間を滑らかに接続するように設けられた導流板109を有する推進装置10を示している。すなわち、導流板109は、ブレード103と一体となって広義のブレードとして機能する。このような導流板109を設けた場合、流体は流体吸入側から導流板109に沿って管状ハウジング101内に流入することができる。
FIG. 9 shows a
図10は、回転数が1110rpm、流体吐出側の半径r11が30mm、流体吸入側の半径r12が35mmであって、3枚のブレードを有し、整流突起および吸入側の縁部に凹みを有する仕様の推進装置10の測定結果を示している。
FIG. 10 shows a case where the number of revolutions is 1110 rpm, the radius r11 on the fluid discharge side is 30 mm, the radius r12 on the fluid suction side is 35 mm, three blades are provided, and the rectifying projection and the edge on the suction side are recessed. shows the measurement results of the
ここで、図6に示す測定では、スクリューが4枚のブレードを有する装置を使用しているのに対し、図10に示す測定では、スクリューが3枚のブレードを有する推進装置を使用しているため、これらの測定結果を単純に比較することはできないが、一般に、ブレードの枚数が少ない場合、ブレードの回転によって発生する推進力は小さくなるため、得られる牽引力は小さくなると考えられる。しかしながら、図10に示す測定結果によれば、本変形例の推進装置は従来のスクリューに対して約1.9倍の牽引力が発生している。消費電力は従来のスクリューより増加するが、その増加率は約60%であり、牽引力の増加率に対して消費電力の増加率は低い。すなわち、本変形例の推進装置によれば、エネルギー効率が向上する。 Here, the measurement shown in FIG. 6 uses a device having a screw with four blades, whereas the measurement shown in FIG. 10 uses a propulsion device having a screw with three blades. Therefore, it is not possible to simply compare these measurement results, but in general, when the number of blades is small, the propulsive force generated by the rotation of the blades is small, so it is thought that the traction force obtained is small. However, according to the measurement results shown in FIG. 10, the propulsion device of this modified example generates about 1.9 times the tractive force of the conventional screw. Although the power consumption is higher than that of the conventional screw, the rate of increase is about 60%, and the rate of increase in power consumption is lower than the rate of increase in tractive force. That is, according to the propulsion device of this modified example, the energy efficiency is improved.
(変形例2)
上述したとおり、図1乃至図4に示す推進装置10では、推進装置10の流体吸入側から吐出側へと流体を吐出することによって高い推進力を得ることができる。しかしながら、推進装置10を取り付けた船舶等の移動速度が増加した場合、推進装置10周囲の流体と管状ハウジング101との間に生じる抵抗が増加してしまうことが考えられる。このような抵抗を低減させるため、推進装置10はさらに、管状ハウジング101の外側に、管状ハウジング101を回転自在に収納するケーシング110を有してもよい。
(Modification 2)
As described above, in the
図11は、推進装置10の周囲にケーシング110を配置した構成を示している。図11に示す例では、ケーシング110は、推進装置10の管状ハウジング101の外形に沿った形状を有し、流体吸入側から流体吐出側に向かって円形断面の半径が小さくなるような形状を有するフロントケーシング111と、フロントケーシング111の流体吐出側の端部に接続され、流体吸入側から流体吐出側とで同一半径の円筒形状を有するリアケーシング112とから構成されている。ケーシング110の内部には、管状ハウジング及びスクリュー部が配置されており、固定部113等によって船底などに固定される。フロントケーシング111の流体吸入側から流入する流体は管状ハウジング101内へと吸入され、管状ハウジング101から吐出された流体は、リアケーシング112の流体吐出側の開口から吐出される。
なお、ケーシング110は、管状ハウジング101を回転自在に収納できればよく、ケーシング110の形状は図11に示す形状や構成に限定されるものではない。例えば、ケーシング110はさらに、ケーシング110内を通過する流体の流れを整えるための整流板を備えてもよく、あるいは、後述するように整流突起等を有してもよい。
FIG. 11 shows a configuration in which a
It should be noted that the
(実施形態2)
実施形態1では、推進装置10の管状ハウジング101の円形断面の半径が、流体吸入側から流体吐出側に向かって小さくなる形状を有する構成を説明した。本実施形態2は、管状ハウジングの円形断面の半径が、流体吸入側から流体吐出側に向かって大きくなる形状を有するという点で、推進装置10の構成とは異なっている。以下に、実施形態2の推進装置20について、実施形態1との相違点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the
図12は実施形態2の推進装置20の斜視図を、図13は推進装置20の正面図を、図14は推進装置20の背面図を、図15は推進装置20の側面図をそれぞれ示している。実施形態1に係る図1と同様、推進装置20は図12右側の流体吸入側から流体を吸い込み、図12左側の流体吐出側から流体を吐出することによって推進力を得る。
12 is a perspective view of the
推進装置20の管状ハウジング201は、流体吐出側の円形断面が、回転軸から内側側面まで半径r21を有し、流体吸入側の円形断面が、回転軸から内側側面まで半径r22を有しており、流体吸入側の半径r21は流体吸入側の半径r22よりも大きくなるように構成されている。
The
さらに、図15に示すように、本実施形態2における管状ハウジング201は、実施形態1と同様、吸入側の縁部、かつ、2つの隣接するブレード間に、図5で図示するような凹み208を任意で有する。
Furthermore, as shown in FIG. 15, the
ベルヌーイの定理によれば、流体が円筒中を流れる場合、円筒の断面積が大きくなるにつれて流速が低下するため、推進装置によって発生する推進力は低下する。これに対し、本実施形態2の構成によれば、スクリュー200及び管状ハウジング201の回転によって遠心力が加わることにより、推進装置10に吸入される流体速度が増加する。さらに、この遠心力は、流体吸入側から流体吐出側に向かって増大するため、その内部を流れる流体もまた流体吸入側から流体吐出側に向けて加速することができるため、実施形態1の原理とは異なる原理により、推進装置20の推進力を高めることが可能となる。
According to Bernoulli's theorem, when a fluid flows through a cylinder, the flow velocity decreases as the cross-sectional area of the cylinder increases, so the thrust generated by the propulsion device decreases. On the other hand, according to the configuration of the second embodiment, centrifugal force is applied by rotation of the
(実施形態3)
実施形態1,2では、管状ハウジングの流体吸入側と流体吐出側とで円形断面の半径が異なる構成を示した。本実施形態3では、管状ハウジングの流体吸入側と流体吐出側における円形断面の半径が等しい構成を説明する。
(Embodiment 3)
Embodiments 1 and 2 show configurations in which the radius of the circular cross section differs between the fluid suction side and the fluid discharge side of the tubular housing. In the third embodiment, a configuration in which the radius of the circular cross section of the tubular housing on the fluid suction side and the fluid discharge side is the same will be described.
図16は実施形態3の推進装置30の斜視図を、図17は推進装置30の正面図を、図18は推進装置30の背面図を、図19は推進装置30の側面図をそれぞれ示している。実施形態1、2と同様、推進装置30は、図16右側の流体吸入側から流体を吸い込み、図16左側の流体吐出側から流体を吐出することによって推進力を得る。
16 is a perspective view of the
図16乃至図19に示すように、推進装置30の管状ハウジング301では、流体吐出側の円形断面における回転軸から内側側面までの半径r31と、流体吸入側の円形断面における回転軸から内側側面までの半径r32とが等しくなるように構成されている。
16 to 19, the
また、図19に示す側面図では、管状ハウジング301が、吸入側の縁部、かつ、2つの隣接するブレード間に、凹み308を有しているが、凹み308は任意の構成である。なお、本実施形態3におけるボス302は、円筒形を有している。また、図16に示す推進装置30は整流突起を有していないが、任意で整流突起を設けてもよい。
また、推進装置30は、実施形態1、2と同様、管状ハウジング30を回転自在に収納するケーシング(図示せず)を有してもよい。
Also, in the side view shown in FIG. 19, the
Further, the
図20は、実施形態3の推進装置30によって得られる推力の測定結果を示しており、実施形態1の場合と同じ測定方法を用いて牽引力を測定した。
FIG. 20 shows the thrust force measurement results obtained by the
ここでは、管状ハウジングの半径r31、r32を30mmとし、4枚のブレードを有する推進装置30の測定結果を示している。
Here, measurement results are shown for a
図20に示す実施形態3の測定結果と、図6に示す従来のスクリューとの測定結果とを比較してみると、実施形態3の推進装置30の牽引力は、回転数が600rpm、1110rpmいずれの場合にも従来のスクリューに対して約1.5倍増加している。推進装置30の消費電力は、回転数が1110rpmの場合には約68%増加するが、回転数が600rpmの場合には約10%しか増加していない。すなわち、本実施形態3では、特に低回転において、エネルギー効率が向上する。
Comparing the measurement results of
(変形例1)
本変形例1では、上記実施形態3に示す推進装置30とは異なり、ボスの断面が、流体吸入側から流体吐出側に向けて、半径方向外側に増大するような形状に構成された推進装置40を説明する。本変形例1による推進装置40を、図21乃至図24に示す。図24の側面図から明らかなとおり、回転軸に対して垂直方向の、管状ハウジング401が形成する流体の経路の断面積は、流体吸入側から流体吐出側に向かって減少するとともに、管状ハウジング401内の流体の経路は、流体吸入側から流体吐出側に向かって回転軸から離れる方向に形成される。その結果、管状ハウジング401の流体吐出側は、管状ハウジング401の内側側面に沿って周方向に延びた形状の流体吐出口414を有する。
(Modification 1)
In
このように、管状ハウジング401内の流体の経路を、流体吸入側から流体吐出側に向かって回転軸から離れる方向に形成することにより、管状ハウジング401内で流体吸入側に発生する遠心力よりも、流体吐出側に発生する遠心力を高めることができる。
そして、管状ハウジング401内を通過する流体の速度は、遠心力の増加に合わせて、流体吸入側から流体吐出側に向けて加速されるため、実施形態2における効果と同様、推進力を高める効果を得ることが可能となる。
In this way, by forming the path of the fluid in the
The velocity of the fluid passing through the
なお、本変形例1の推進装置40には、ボス402の流体吐出側の端部に、吐出側に先細りに突出して形成された円錐形の整流突起404が設けられている。図21に示す例では、整流突起404の流体吸入側は、ボス302の流体吐出側の断面と同じ面積の円形断面を有しており、実施形態1、2における整流突起104、204と比較して、大きく構成されている。しかしながら、整流突起は、任意の大きさに構成してもよい。
Note that the
また、推進装置40は、実施形態1、2と同様、管状ハウジング401を回転自在に収納するケーシング410を有してもよい。図25は、本変形例1の推進装置40とケーシング410の構成を示している。図25に示すケーシング410では、フロントケーシング411とリアケーシング412を有し、固定部413によって、船底等に固定される。さらに、図25のケーシング410は、リアケーシング412に、流体の流れを整えるための整流板415を有しているが、整流板415は任意の構成である。
Further, the
(変形例2)
実施形態1、2、及び実施形態3の変形例1では、推進装置が、スクリューの流体吐出側に、先細りに突出して形成された整流突起を有する構成を示した。本変形例2では、整流突起に代わり、軸状突起を有する構成を説明する。
(Modification 2)
In
図26は変形例2の推進装置50の斜視図を、図27は推進装置50の正面図を、図28は推進装置50の背面図を、図29は推進装置50の側面図を、それぞれ示している。その他の実施形態と同様、推進装置50は、図26右側の流体吸入側から流体を吸い込み、図26左側の流体吐出側から流体を吐出することによって推進力を得る。
26 is a perspective view of the
図26乃至図29に示す推進装置50の管状ハウジング501は、流体吐出側の円形断面における回転軸から内側側面までの半径r51と、流体吸入側の円形断面における回転軸から内側側面までの半径r52とが等しくなるように構成されている。
The tubular housing 501 of the
さらに、実施形態3の変形例1と同様、本変形例2のボス502は、その断面が流体吸入側から流体吐出側に向けて半径方向外側に増大するような形状に構成されており、管状ハウジング501の流体吐出側は、管状ハウジング501の内側側面に沿って周方向に延びた形状の流体吐出口514を有している。
Further, as in
また、図29に示す側面図では、管状ハウジング501が、吸入側の縁部、かつ、2つの隣接するブレード間に、凹み508を有しているが、凹み508は任意の構成である。
Also, in the side view shown in FIG. 29, the
図26および図29に示すように、スクリュー500は、スクリュー500の回転軸上に、流体吐出側に突出する軸状突起516を有している。ここで、図26等に示す軸状突起516は、ボス502と一体的に形成されたものとして構成されている。しかしながら、ボス502の流体吸入側においてボス502と接続している駆動軸505が、ボス502を貫通するように構成され、ボス502の流体吐出側から突出した駆動軸505の端部を軸状突起516としてもよい。
As shown in FIGS. 26 and 29, the
図30はさらに、本変形例2の推進装置50の管状ハウジング501を回転自在に収納したケーシング510を示している。ケーシング510は、ケーシング111と同様、フロントケーシング511とリアケーシング512を有する。ケーシング510は、固定部513によって、船底等に固定される。
FIG. 30 also shows a
リアケーシング512は、管状ハウジング501の吐出側に対向して配置されるとともに、流体吐出側に先細りに突出する整流突起504を有する。このような整流突起504を有することにより、管状ハウジング401から吐出された流体のうち、回転軸の周辺に位置する流体を整流することができる。図30に示す例では、整流突起504は、整流板515によってリアケーシング512の内側側面に固定されている。しかしながら、整流板515に代えて、簡単な支持部によってリアケーシング512の内側側面に固定してもよい。
The
さらに、整流突起504の流体吸入側には、切り欠き部517が設けられており、切り欠き部517の内側には軸受518が配置されている。つまり、スクリュー500の流体吐出側に突出する軸状突起516が、リアケーシング512の整流突起504に設けられた切り欠き部517に挿入されると、切り欠き部516の内側に配置された軸受518によって回転可能に支持される。
Further, a
(総括)
以上、本発明の各実施形態における推進装置の特徴について説明した。
(Summary)
The features of the propulsion device according to each embodiment of the present invention have been described above.
なお、複数の実施形態およびその変形例を説明したが、各実施形態あるいは変形例の特徴を2以上含むようにしてもよい。つまり、各実施形態は、実施形態または変形例同士で組み合わせることが可能である。例えば、実施形態1と実施形態4とを組み合わせ、推進装置10のスクリュー部100の流体吐出側から軸状突起が突出するように形成し、ケーシング112に整流突起を設けるとともに、整流突起が軸状突起を回転可能に支持する軸受を有するように構成してもよい。
Although a plurality of embodiments and modifications thereof have been described, two or more features of each embodiment or modification may be included. That is, each embodiment can be combined with other embodiments or modifications. For example, by combining
また、各実施形態に開示の構成、方法は、その要素を本発明に適宜組み合わせることができる。つまり、各実施形態に開示の要素同士が必須の組み合わせという訳ではなく、各要素を適宜発明として組み込むことが可能である。 In addition, elements of the configurations and methods disclosed in each embodiment can be appropriately combined with the present invention. In other words, the elements disclosed in each embodiment are not necessarily combined with each other, and each element can be appropriately incorporated as an invention.
本発明は、主として船舶の推進装置に用いられるものであるが、本発明は推進装置の用途に限られるものではなく、例えば、撹拌機や発電機などに用いてもよい。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is mainly used in propulsion devices for ships, but the present invention is not limited to propulsion devices, and may be used in, for example, stirrers and generators.
10、20、30、40、50 推進装置
100、200、300、400、500 スクリュー
101、201、301、401、500 管状ハウジング
102、202、302、402、502 ボス
103、203、303、403、503 ブレード
104、204、404、502 整流突起
105、205、305、405、505 駆動軸
106 内縁部
107 外縁部
108、208、308、408、508 凹み
109 導流板
110、410、510 ケーシング
111、411、511 フロントケーシング
112、412、512 リアケーシング
113、413、513 固定部
414、514 流体吐出口
415、515 整流板
516 軸状突起
517 切り欠き部
518 軸受
10, 20, 30, 40, 50
517
Claims (9)
回転軸に対してらせん状に配置された複数のブレードを有するスクリューと、
前記複数のブレードが内側側面に固定され前記複数のブレードと一体で回転する管状ハウジングと、を有し、
前記管状ハウジングは、その前記吸入側の縁部、かつ、隣接する前記ブレード間に、前記回転軸の方向の凹みを有する、
推進装置。 A propulsion device that sucks a fluid from the suction side and discharges it from the discharge side,
a screw having a plurality of blades arranged helically about the axis of rotation;
a tubular housing having the plurality of blades fixed to an inner side surface and rotating integrally with the plurality of blades;
the tubular housing has a recess in the direction of the axis of rotation at its suction-side edge and between adjacent blades ;
propulsion device.
請求項1記載の推進装置。 In the tubular housing, a first radius from the rotation axis to the inner side surface on the discharge side is smaller than a second radius from the rotation axis to the inner side surface on the suction side.
A propulsion system according to claim 1.
請求項1記載の推進装置。 In the tubular housing, a first radius from the rotation axis to the inner side surface on the discharge side is larger than a second radius from the rotation axis to the inner side surface on the suction side .
A propulsion system according to claim 1 .
請求項1~3記載の推進装置。 further comprising a casing that rotatably accommodates the tubular housing;
A propulsion device according to any one of claims 1 to 3 .
請求項4記載の推進装置。 The casing has a rectifying projection that is disposed opposite to the discharge side of the tubular housing and that protrudes tapered toward the discharge side.
5. A propulsion device according to claim 4 .
前記整流突起は、前記軸状突起を回転可能に支持する軸受を有する、
請求項5記載の推進装置。 The screw has an axial projection on the rotation axis of the screw and on the discharge side,
The rectifying projection has a bearing that rotatably supports the shaft-shaped projection,
6. A propulsion device according to claim 5 .
回転軸に対してらせん状に配置された複数のブレードを有するスクリューと、
前記複数のブレードが内側側面に固定され前記複数のブレードと一体で回転する管状ハウジングと、を有し、
前記管状ハウジングは、その前記吸入側の縁部、かつ、隣接する前記ブレード間に、前記回転軸の方向の凹みを有する、
撹拌機。 A stirrer that sucks a fluid from the suction side and discharges it from the discharge side,
a screw having a plurality of blades arranged helically about the axis of rotation;
a tubular housing having the plurality of blades fixed to an inner side surface and rotating integrally with the plurality of blades;
the tubular housing has a recess in the direction of the axis of rotation at its suction-side edge and between adjacent blades ;
mixer.
請求項7記載の撹拌機。 Agitator according to claim 7.
請求項7記載の撹拌機。
In the tubular housing, a first radius from the rotation axis to the inner side surface on the discharge side is larger than a second radius from the rotation axis to the inner side surface on the suction side .
Agitator according to claim 7.
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