JPH01262290A - ウォータジェット推進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は高速船艇用の推進機として使用されるウォータ
ジェット推進様に係り、特に低速航行時における推力特
性が優れ、かつ噴射ノズル部の耐久性およびノズル効率
が高いウォータジェット推進機に関する。

（従来の技術） ウォータジェット推進機は一般に第６図に示すように船
艇１の底部に設けた取水口２から取入れた水をポンプケ
ーシング３内に案内する導水ダクト４と、上記ポンプケ
ーシング３の内部に配設されたポンプ羽根車５と、ポン
プケーシング３の二次側に接続されたデイフユーザ６と
を有する。

デイフユーザ６内には加圧した水流を整流し、噴射孔７
に案内する案内羽根８およびニードル９が設けられる。

またポンプ羽根車５を高速回転させる駆動軸１０が装備
される。

取水口２から導入された水流１１は導水ダクト４を通り
ポンプケーシング３に案内される。案内された水流１１
は駆動軸１０によって回転されるポンプ羽根車５によっ
て加圧され、加圧水はデイフユーザ６の案内羽根８で整
流された後に、船尾に設けた噴射孔７から高速度で噴射
される。この水噴射の反作用によって船艇１は推力を得
る。

このウォータジェット推進船においては、船速の増加に
よって取水口２に導入される水流の圧力が増加するため
効率が向上する。すなわち、ウォータジェット推進機を
搭載した船艇は、船速の増加に応じて発生する水流の動
圧力の一部をポンプ羽根車５の吸込部の有効吸込高さ（
ＮＰＳＨ）として利用することができるため、一般のプ
ロペラ推進様を装備した船艇と比較して、高速航行時に
おける推進効率が高く、また耐キャどチージョン性能に
優れている。したがってウォータジェット推進機は特に
高速用船艇の推進様として最適である。

しかしながら従来の高速船艇用のウォータジェット推進
機の噴射孔は、そのノズル径が一定に固定されているも
のが多く、水流の噴射速度が、高速航行時に最高の推進
効率を発揮するように設計されていた。そのため低速航
行時においては著しく推進効率が低下し、特に停止状態
から発進する場合、または低速運転から高出力運転に切
替えた場合の加速性能が劣る欠点がある。

これらの問題点を解決するために船速に応じて噴射孔の
流路断面積を変え、水流の噴射流速を変化させることに
より、低速時から高速時に至る全範囲における推進効率
を改善することができる可変ノズルが、例えば特公昭５
５−２７６号公報に開法されている。

この可変ノズルは第７図に示すように噴射孔７の内周面
に弾性リング１２を装着し、弾性リング１２と内周面と
の間に形成した膨張室１３内に作動流体を導き、その圧
力の増減によって弾性リング１２の内面形状を変化せし
め、水流の流路断面積を変化させるものである。すなわ
ち低速航行時においては、膨張室１３内を昇圧して流路
断面積がＡｊｌと広くなるように調整し、水流８の噴射
流速を低減して加速性能を高めている。一方、高速航行
時においては、膨張室１３内の作動流体を降圧させて流
路断面積がＡｊ２と狭くなるように絞り込み、噴射孔７
から噴射される水流の噴射流速を高め、推進効率を向上
させている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら従来のウォータジェット推進機の可変ノズ
ルでは、第７図に示したように、低速航行時においては
、弾性リング１２は滑らかな内面形状を有するノズル体
を形成し、噴射孔７から　′噴射される水流の流路断面
積Ａｊ１は噴射孔７の流路断面積Ａｎとほぼ等しくなる
。一方、高速時においては弾性リング１２は噴射孔７の
内周面にほぼ密着する形状となり、水流は収縮した弾性
リング１２の内周面に沿って縮流流れを形成する。その
ため噴射される水流の流路断面積はＡｊ２と縮小する。

　ところが、噴射孔７から吐出された後に水流がさらに
縮流する噴射孔７においては、ノズル効率が６〜１０％
低下するため、特に高速航行時にお（プる推力効率が低
下する問題がある。

また、膨張室１３内の圧力分布は均一であるが、弾性リ
ング１２の内表面には水流の噴射方向に対して大きな圧
力分布が形成され、常に大きな加圧力が激しく作用する
。そのため、弾性リング１２の損耗が著しく、耐久性お
よび信頼性が低下し、保守管理上の難点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、船艇の低速航行時における推力効率を改善し、ま
た噴射孔部分の耐久性およびノズル効率を増大すること
ができるウォータジェット推進機を提供することを目的
とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、船底に設けた取水口から導入した水流をポン
プ羽根車によって加圧し、船尾に設けた噴射孔から噴射
して推力を得るウォータジェット推進機において、水流
の噴射方向に縮径して形成され、間口径がそれぞれ異な
る複数の噴射ノズルを同心軸方向に可動自在に配設して
噴射孔を形成し、上記各噴射ノズルの間口径は水流の吐
出側に向って漸増させると共に、上記噴射ノズルの相互
間隔を調整するノズル駆動装置を設け、噴射すろ水流の
流路断面積を変更自在に構成したことを特徴とする。

（作用） 上記構成のウォータジェット推進機によれば、船艇が高
速航行時においてはノズル駆動装置によって複数の噴射
ノズルの相互間隔が狭められ、噴射する水流の流路断面
積は最も開口径が小さい噴射ノズルの１ｉｆｔ口断面積
となる。そのため噴射ノズルからの水流の噴出速度が増
大し、推進効率が上界する。

一方、船艇の発進時または低速航行時においては、複数
の噴射ノズルの相互間隔がノズル駆動装置によって拡開
され、水流の流路断面積は最も間口径が大きな噴射ノズ
ルの開口断面積となる。そのため噴射ノズルからの水流
の噴出速度が減少し、低速度領域における推進効率が向
上する。

すなわち船速に応じて噴射ノズル間の間隔を適宜調整し
、流路断面積を変えることにより、常に水流の最適な噴
出速度を設定することができる。

したがって発進時から高速航行時に至るまでの広範囲に
亘る運転領域において推進効率を高く維持することがで
きる。特に従来例と比較して低速運転領域における推進
効率を大幅に改善することができる。

また従来のように弾性リング等の弾性材で可変ノズルを
構成している場合と異なり、本発明によれば可変ノズル
はいずれも剛性を有する部材で形成され、また縮流を形
成しない滑らかな形状に形成されているため、ノズル効
率が高い上に水流から受ける加圧力に対して噴射ノズル
は高い剛性を有し、推進機の運転効率、耐久性、信頼性
を大幅に改善することが可能となり、また保守管理を簡
素化することができる。

（実施例） 次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。

第１図および第２図は本発明に係るウォータジェット推
進機の一実施例を示し、それぞれ低速航行時、高速航行
時の状態を示す断面図である。

なお、第６図に示す従来例と同一要素には同一符号を付
している。

本実施例に係るウォータジェット推進機は、船底に設け
た取水口から導入した水流をポンプ羽根車によって加圧
し、船尾に設けた噴射孔７から噴射して推力を１するウ
ォータジェット推進機において、水流の噴射方向に縮径
して形成され、間口径がそれぞれ異なる２個の噴射ノズ
ル１４ａ、１４ｂを同心軸方向に可動自在に配設して噴
射孔７を形成し、上記各噴射ノズル１４ａ、１４ｂの開
口径ｄｄ　　は水流の吐出側に向って漸増させるｊ１゛
ｊ２ と共に、上記噴射ノズルの相互間隔を調整するノズル駆
動装置１５を設け、噴（ト）する水流の流路断面積を変
更自在に構成したことを特徴とする。

上流側の噴射ノズル１４ａは、複数枚の整流羽根１６を
介して円錐状のニードル９ａに固着される。ニードル９
ａは、デイフユーザ８の中央部に設けたニードル９の先
端部に、軸方向に可動自在に取り付けられる。ニードル
９ａはニードル９に内蔵されたノズル駆動装置１５に直
結されている。

ノズル駆動装置１５は、ニードル９内に穿設されたシリ
ンダ１７と、シリンダ１７内を移動自在に挿入されたピ
ストン１８と、ピストン１８と一体的に結合したニード
ル９ａを噴射孔７方向に付勢するばね１９とから構成さ
れる。ノズル駆動装置１５はデイフユーザ８内を貫通し
て敷設された導圧管２０を介して油圧制′ａ装置２１に
接続されている。

また噴射ノズル１４ａと噴射ノズル１４ｂとが密着する
部位には、シール部材２２が装着されている。

以上の構成においてその作用を次に説明する。

船艇が発進する際または低速航行時においては、第１図
に示すように油圧＄制御装置２１から導圧管２０を経て
ノズル駆動装置１５のピストン１８のニードル９ａ側に
作動油が供給される結果、ニードル９ａはデイフユーザ
６のニードル９内に一部が挿入されるように収納される
。そのため噴射ノズル１４ａと噴射ノズル１４ｂとの間
には広い環状の流路２３が確保される。このとき、噴射
孔７においては、噴射ノズル１４ａおよび噴射ノズル１
４ａと噴（ト）ノズル１’４ｂとの間に形成された環状
流路２３からジェット水流Ｊ２が噴出される。

このジェット水流Ｊ２の流路断面積は、大きな開口径ｄ
ｊ２を有する噴射ノズル１４ｂの開口断面積と等しい。

そのためジェット水流Ｊ２の平均噴出速度Ｖｊ２は低く
なり、低速航行時における推進効率が従来と比較して向
上する。

次に船艇が加速され、図示しない船速検出器によって船
速が充分に上昇したことが確認された後は、第２図に示
すように油圧制御装置２１を第１図とは逆方向に作動せ
しめ、ニードル９ａを噴射孔７方向に駆動させて、噴射
ノズル１４ｂの内周縁にシール部材２２を介して噴射ノ
ズル１４ａの外周縁を密着させる。このとき噴射孔７か
ら噴出するジェット水流Ｊ１の流路断面積は、小さな間
口径ｄｊ１を有する噴射ノズル１４ａの開口断面積と等
しくなる。そのためジェット水流Ｊ１の平均噴出速度■
ｊ１は増大し、高速航行時における推進効率が高く保持
される。

上記作用を行なう本実施例のウォータジェット推進機の
効果について、さらに第３図〜第５図を参照して説明す
る。

一般に第３図に示すように、高速艇に搭載されるウォー
タジェット推進機の推進効率η・は下記（１）式に示さ
れるジェット流速比にの値によって変化する。

ジェット流速比に 通常はこのジェット流速比にが１．５〜１．８程度の値
で最も推進効率ηｊが高くなることが知られている。

従来の高速艇において、噴射孔のノズル間口径は、最高
速力時における最高推進効率点を基準にして設定される
か、または推進様本体の軽量小型化を図る観点から最高
推進効率点より多少大きくなるように設定されている。

そのため第３図に示すように船艇の低速航行時において
ジェット流速比にが高くなり、推進効率η　が低下する
。

ここでウォータジェット推進機のポンプ動作点は、第４
図に示すように噴射ノズルにおける流路断面積に対応し
た流路抵抗によって決定される。

すなわち、第２図に示す小さな開口径ｄｊ１を有する噴
射ノズル１４ａのみからジェット水流Ｊ１が噴出される
高速航行時においては、第４図に示すように流路抵抗曲
線△とポンプ流量−揚程曲線（Ｑ−Ｈ曲線）との交点ａ
が動作点となる。

一方、低速航行時においては、噴射ノズル１４ａおよび
噴射ノズル１４ｂの双方の開口から水流が噴出し、流路
断面積が増大するため流路抵抗が減少する。そのため動
作点はＱ　−ＨＩＴｏ線と流路抵抗曲線Ｂとの交点すに
移る。このときポンプ流ｍＱが増大するがポンプ全揚程
Ｈが低下するため、ジェット水流Ｊ２の噴出速度■ｊ２
は低下し、推進効率ηｊは増加する。

第５図は小径の開口ｄｊｊを有する噴射ノズル１４ａの
みから水流を噴射した場合の推力特性曲線Ｔｊ１と、噴
射ノズル１４ａおよび大径の開口ｄｊ２を有する噴射ノ
ズル１４ｂの双方から水流を噴射した場合の推力特性曲
線Ｔｊ２とを船速Ｖ、との関係で表わしたグラフである
。また０−Ｒ曲線は船速■、に対する船体抵抗Ｒの関係
を示しいてる。

ある船速における推力値Ｔｊ１．Ｔｊ２と船体抵抗Ｒと
の差はその船速における加速余裕を示している。

小径の開口ｄｊ１を有する噴射ノズル１４ａのみを使用
した場合は発進時および低速航行時における推力Ｔが小
さく加速余裕が少ない。特に水の粘性力の影響が少なく
なる船速に達するまでの造波抵抗は大きく、その造波抵
抗値の変化を示すハンプ抵抗線上に示される加速余裕は
非常に少なくなる。

反対に大径の開口ｄｊ２を有する噴射ノズル１４ｂを使
用した場合は、発進時および低速航行時において推力Ｔ
が大きくなり、加速余裕が充分確保される。しかし、高
速航行時には推力不足を生じることとなり、また最高到
達速度は小径の噴射ノズル１４ａを使用した場合より小
さくなる。

したがって推力特性曲線Ｔｊ１と推力特性曲線ＴＪ２と
の交点に対応する船速Ｖｓｃを境界にして、噴射ノズル
１４ａ、１４ｂの相互間隔をノズル駆動装置１５によっ
て調整し、噴射するジェット水流の流路断面積を変える
ことによって発進時、低速航行時および高速航行時とも
に充分な推力Ｔを確保することが可能となり、また最大
船速Ｖ　　　も大きく設定することができる。

　　ｗａｘ また第７図に示す従来の縮流を生じる噴射孔とは異なり
、本実施例の噴射ノズルは滑らかに縮径して形成した剛
性を有する噴射ノズル１４８．１４ｂを使用しているた
め高いノズル効率を維持することが可能であり、また水
流の衝撃に対して高い耐久性を有する。したがって保守
管理が容易で信頼性が高いウォータジェット推進園を得
ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係るウォータジエン１−推進
機によれば、船艇が高速航行時においてはノズル駆動装
置によって複数の噴射ノズルの相互間隔が狭められ、噴
射する水流の流路断面積は最も開口径が小さい噴射ノズ
ルの開口断面積となる。そのため噴射ノズルからの水流
の噴出速度が増大し、推進効率が上昇する。

一方、船艇の発進時または低速航行時においては、複数
の噴（ト）ノズルの相互間隔がノズル駆動装置によって
拡開され、水流の流路断面積は最も間口径が大きな噴射
ノズルの開口断面積となる。そのため噴射ノズルからの
水流の噴出速度が減少し、低速度領域における推進効率
が向上する。

すなわち船速に応じて噴射ノズル間の間隔を適宜調整し
、流路断面積を変えることにより、常に水流の最適な噴
出速度を設定することができる。

したがって発進時から高速航行時に至るまでの広範囲に
亘る運転領域において推進効率を高く維持することがで
きる。特に従来例と比較して低速運転領域における推進
効率を大幅に改善することができる。

また従来のように弾性リング等の弾性材で可変ノズルを
構成している場合と異なり、本発明によれば可変ノズル
はいずれも剛性を有する部材で形成され、また縮流を形
成しない滑らかな形状に形成されているため、ノズル効
率が高い上に水流から受ける加圧力に対して噴射ノズル
は高い剛性を有し、推進機の運転効率、耐久性、信頼性
を大幅に改善することが可能となり、また保守管理を簡
素化づることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るウォータジェット推進機の一実施
例を示し、低速運転時の状態を示す断面図、第２図は同
じく高速運転時の状態を示す断面図、第３図はジェット
流速比と推進効率との関係を示すグラフ、第４図はポン
プ動作点を説明するグラフ、第５図は船速に対する推力
および船体抵抗との関係を示すグラフ、第６図は従来の
ウォータジェット推進機の構造を示す断面図、第７図は
従来の可変ノズルの構造を示す断面図である。 １・・・船艇、２・・・取水口、３・・・ポンプケーシ
ング、４・・・導水ダクト、５・・・ポンプ羽根車、６
・・・デイフユーザ、７・・・噴射孔、８・・・案内羽
根、９，９ａ・・・ニードル、１０・・・駆動軸、１１
・・・水流、１２・・・弾性リング、１３・・・膨張室
、１４ａ、１４ｂ・・・噴射ノズル、１５・・・ノズル
駆動装置、１６・・・整流羽根、１７・・・シリンダ、
１８・・・ピストン、１つ・・・ばね、２０・・・導圧
管、２１・・・油圧制御ｌｌ装置、２２・・・シール部
材、２３・・・環状流路、Ａ、Ａｊｌ。 Ａ、　　Ｊ　　、Ｊ２・・・ジェット水流、Ｖ、、Ｖ。 Ｊ２’　　Ｉ　　　　　　　　　　　　　　Ｊ　　　Ｊ
ｌ・■ｊ２・・・ジェット水流の噴出速度、ｄｊｌ、ｄ
ｊ２・・・ノズル開口径、ηｊ・・・推進効率、に・・
・ジェット流速比、■、・・・船体速度（船速）。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久Ｏ 巣　Ｉ　図 某　２　固 某　３　図 が 暑 「シア５罷量Ｑ　− 弔４　図 ＃俸戯ＶＳ　　□ め　５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 船底に設けた取水口から導入した水流をポンプ羽根車に
   よつて加圧し、船尾に設けた噴射孔から噴射して推力を
   得るウォータジェット推進機において、水流の噴射方向
   に縮径して形成され、開口径がそれぞれ異なる複数の噴
   射ノズルを同心軸方向に可動自在に配設して噴射孔を形
   成し、上記各噴射ノズルの開口径は水流の吐出側に向っ
   て漸増させると共に、上記噴射ノズルの相互間隔を調整
   するノズル駆動装置を設け、噴射する水流の流路断面積
   を変更自在に構成したことを特徴とするウォータジェッ
   ト推進機。