JPH02279490A - 舶用推進装置 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
を前後に離間させて推進軸に取付けたタンデムプロペラ
(特開昭57−205297号公報)、前後のプロペラ
直径の比率を変えているタンデムプロペラ(実開昭56
−30195号公報、実開昭57−139500号公報
)およびフィン付プロペラボスキャップ(特開昭63−
154494号公報)等がある。
誘起される誘導速度の方向がプロペラ軸後方に流れを加
速し、また、回転方向と同じ方向につれまわる方向であ
るために、この前側プロペラの後流中で作動する後側プ
ロペラの効率は悪くならざるをえない、このため、タン
デムプロペラによるプロペラ効率の改善はむずかしいも
のであった。
照してタンデムプロペラについて概説する。
ペラ半径をR1任意の半径位置をrとする。
した図を第1O図に示す。プロペラ翼はネジと同じよう
にピンチがあり、回転方向に対してピッチ角θ(翼の前
縁と翼の後縁を結んだいわゆるNo5e−↑ail L
ineでピッチ面を定義する)がついている。また、翼
の断面にはプロペラ前方向にキャンバ−がついている(
第11図参照)。
てβ、の方向から入ってくる(なお、第10図中、プロ
ペラ誘導速度とは、プロペラの回転、前進運動によって
誘起される水の流れであり、プロペラに吸い込まれ、か
つプロペラ回転方向につれまわる)。翼に働く揚力りは
、θとβ、の差、すなわち仰角θ−β、が大きい程、ま
た翼断面のキャンバ−が大きい程大きくなる。
向成分が推力T、回転方向成分が回転抵抗力Fとなる。
=FXrが釣り合うようにピッチとキャンバ−が決めら
れ、プロペラ効率η。はこの推力と回転抵抗力の比 T
/Fが大きい程良い。
にタンデムプロペラについて考える。タンデムプロペラ
の場合、前側プロペラは後側プロペラの前方におかれる
ために、後側プロペラによる誘導速度が加わり、第30
図に示すようにβ、は少し大きくなってR2,゛となる
。その結果、(2)式かられかるようにη。は小さくな
り、プロペラ効率は悪くなる。
におか屁るために前側プロペラによる誘導速度が加わり
(プロペラ誘導速度は加速されて後方にいくほど速くな
る)、さらに後側プロペラ自体による誘導速度が加えら
れて第31図に示すようにR3は大きくβ、”となる。
計で吸収すれば良く、また、前後のプロペラの直径、ピ
ッチ等を変化させうるので、以上の様な説明のみで効率
改善について結論づけられないが、前後のプロペラの誘
導速度が相互に悪影響してプロペラ効率が改善されにく
いことは明らかである。
ペラ誘導速度とプロペラ効率との関係について、プロペ
ラ揚力面理論と無限翼数理論による計算例を用いて検討
する。プロペラ誘導速度の大きさは、プロペラの半径位
置あるいは前後位置で異なる。−例として、中速船用に
設計されたプロペラが−様な流れの中で回転している時
の値をプロペラ揚力面理論と無限翼数理論により求めた
結果を第20図、第21図に実線で示している。第20
図はプロペラ位置における半径方向の分布形であリ、第
21図はr/R=0.3における前後方向の分布形であ
る。図中wXはプロペラに吸い込まれ、後方に掃き出さ
れるプロペラ誘導速度であり、Wθはプロペラ回転方向
につれ回るプロペラ誘導速度である。l#x、wθとも
プロペラ位置で急激に加速されていることがわかる。
ロペラ誘導速度も変化する。船尾のプロペラ位置におけ
る流れについて考えると、水に粘性があるために船体表
面近傍の水が船にひっばられて、プロペラ位置での流れ
は船速ν、よりも少し遅くν、(1−m)となる。vよ
・Wが船に引っばられる水の速度であり、この流れを伴
流と呼び、Wを伴流係数と呼ぶ。伴流はプロペラ円板内
において不均一な分布をしている。(この分布を伴流分
布と呼ぶ。)中速船の伴流分布を第22図に示す。
きくて流れが遅く、翼先端側程伴流が小さくて流れが速
くなっている。この伴流中でプロペラが回転している時
のプロペラ誘導速度の計算結果を第20図、第21図中
に破線で示している。−様流中と比較して伴流中では、
伴流が大きいr / R=0.2〜r/R=0.6の範
囲でプロペラ誘導速度が大幅に増加することがわかる。
トルクの増大、すなわちプロペラ効率の低下をもたらす
。第20図のプロペラ誘導速度に対応した推力低下量と
回転抵抗トルク増加量の半径方向分布形(プロペラ揚力
面理論計算結果)を第23図、第24図に示す、実線が
一様流中の結果であり、破線が伴流中の結果である。プ
ロペラ誘導速度による推力低下量は、−様流中、プロペ
ラ推力の4%であるのに対して、伴流中ではプロペラ推
力の10%に増大している。プロペラ誘導速度による回
転抵抗トルクも増加量も、−様流中、全体の21%であ
るのに対して、伴流中では28%に増えている。第23
図、第24図から、それらはいずれも伴流の大きい範囲
に対応したr/R=0.2〜r / R=0.6に集中
していることがわかる。
ン付プロペラボスキャソブ(以下、PBCFと略称する
)は、プロペラボスキッヤブに整流フィンを設けたもの
である。この整流フィンがプロペラボスキャンプ後流に
おける水流をハブ渦の発生を減らす方向に案内するため
の整流板の作用をし、ハブ渦が拡散されてプロペラ翼面
上の渦による誘起抗力が減少するとされているが、前述
する様にプロペラ効率はプロペラ誘導速度、とくに不均
一な船尾伴流中におけるプロペラ誘導速度に依存するも
のであり、この点を解決することなくしては充分にその
効果を達成することが出来ないものである。
出されたものであり、プロペラ翼の後方にタービン翼を
取付けてプロペラ効率を改善するとともにトルク減少を
図ったことを第1の目的とする。
は流体にエネルギーを与えてその反力により推進力をう
る装置であるのに対して、後者は流体のもつエネルギー
から回転トルクをうる装置であり、それらの誘導速度も
全く逆方向に生じる。
のである。
当って、タービン翼をプロペラボス、プロペラキャップ
とは別に作成して、プロペラボス又は、該ボスとプロペ
ラキャップとの間に着脱自在に取付けることによって、
既存のプロペラに対して既存の、キャップをそのまま使
用してタービン火付の舶用推進装置を提供することを第
2の目的とする。
術的手段を講じている。
タービン翼3とを装着した舶用推進装置であって、 前記プロペラ翼2が前側でタービン翼3が後側に装着さ
れており、前記両翼2.3の軸長lが6%以上とされ、
タービン翼3の翼数はプロペラ翼2の翼数の整数倍とさ
れており、更に、タービン翼3の直径はプロペラ翼2の
直径の33〜60%とされていることを特徴とする舶用
推進装置。
ロペラ直径で割った値(%)である。
.6の位置においてθP≦θP+20°にすることによ
り、前述の第1の目的を達成している。
術的手段を講じている。
その基部にフランジ13Aを有し、該フランジ13^を
プロペラボス2Aの外周上に着脱自在にねじ締結してな
ることを特徴とする。また、プロペラ翼2の後側に装着
されるタービン翼3がその基部にリング3Aを有し、該
リング3Aを、プロペラボス2Aと1亥ボス2A後方の
プロペラ牛ヤノプ4との間に、着脱固定自在に介在した
ことを特徴とする。
ることを特徴とする。また、タービン翼3は、リング3
Aにネジ締結手段を介して着脱固定自在に取付けられて
いることを特徴とする。最後に、タービン翼3は、リン
グ3Aの外周に軸方向に沿って形成されたアリ溝3Bに
着脱可能に嵌合されていることを特徴とする。
。
ラ翼2が前側(進行方向側、又は船体側)でタービン翼
3が後側に装着されており、前記両翼2,3の軸長l(
第5図参照)が6%以上とされ、タービン翼3の大数は
プロペラ翼2の翼数の整数倍とされており、更に、ター
ビン翼3の直径はプロペラ翼2の直径の33〜60%と
された舶用推進装置が示されており、第2図において、
2Aはプロペラボス、4はキャンプを示している。
ロペラ直径で割った値(%)である(第5図参照)。
ではピッチとキャンバ−が θ+α。−8点> 0 (3)式に設計される
のに対して、タービン翼ではθ+α。−βi<Of4)
式 に設計される。なお、α。は翼断面の零揚力角(揚力が
零となる時の水の流入方向とピッチ面とがなす角)であ
り、キャンバ−が前向きでは正、後向きでは負、キャン
バ−が零では零となる。
)が流体にエネルギーを与えてその反力により推進力を
うる装置であるのに対して、後者(タービン)は流体の
もつエネルギーから回転トルクをうる装置である。
翼断面の流れ場を第3図、第4図に示す。
に相当した回転トルクを与えて推力TP’をうるのに
対して、タービン翼では第4図に示すように推力は後向
きの抵抗力−TT″となるかわりに、回転抵抗力はそれ
を減らすカーFT”となる。推力はプロペラが発生し、
タービン翼はプロペラ後流からエネルギーをえて回転抵
抗トルクを減らす補助翼としての機能しかばださない点
、タービン翼付きプロペラはタンデムプロペラとは全く
異なる装置といえる。
に生ずる。プロペラ誘導速度がプロペラに吸い込まれ、
かつプロペラ回転方向につれ回るのに対して、タービン
翼の誘導速度は流れを前方に押し出し、かつプロペラ回
転と逆方向に回転する。
βhがβ”、iと小さくなる。その結果、前側プロペラ
の効率は向上する。一方、後側タービン翼については、
発生する力の方向がプロペラと逆方向であるためにβ1
が大きい程効率が良い。
□くβ、 、 (51式を満たすよ
うにタービン翼を設計することができれば効率はさらに
良くなる。プロペラの前側ではβ7.は小さいが、プロ
ペラの後側にタービン翼を置けばプロペラ誘導速度が加
速されてβ、iが大きくなり、有効である。さらに、プ
ロペラ後流がタービン翼面に衝突するとタービン翼が固
体壁となり、プロペラ後流をせき止める効果も考えられ
る。
ている中にタービン翼を置けば、このせき止め効果も大
きくなると思われる。
効率の関係から、タービン翼付きプロペラの効果は伴流
中で大きく、また、タービン翼の直径は伴流の大きい範
囲で選定すれば良いものと思われる。
して、その後方に配置したタービン翼の大数、直径等を
変更して伴流中のタービン翼付きプロペラの効率をプロ
ペラ揚力面理論により計算した。タービン翼の前後位置
については、ボス表面上、プロペラ中央線から測ったタ
ービン翼中央線までの距離をプロペラ直径で割った値j
2(%)で表わし、タービン翼をプロペラ後方に置いた
場合を正とする(第5図参照)。タービン翼の直径につ
いては、プロペラ直径のパーセント表示する。
5%としてタービン翼の位置を0%、13%20%と変
更して計算した結果を表1、第6図に示す。表中、K
tはスラスト係数(−T/ρnZp、4T:推力、ρ:
水の密度、n:プロペラ回転数。
”Dp’、Q−)ルク)、Δη0はプロペラ単体の効率
と比較した効率アップ量(%)である。これらの図表か
ら、タービン翼を2−1%よりプロペラ後方に配置すれ
ば、プロペラ効率がアップし、タービン翼の設計、製造
等のコストを考慮して効率アンプ1.8%以上のアップ
の範囲に限ると、pは N>6% (6)式 タービン翼位置を1=13%とし、タービン翼の直径を
プロペラ直径の45%として、タービン翼の翼数を4翼
、8翼、12翼と変更した場合の結果を表2と第7図に
示す。これらの図表から、タービン翼の翼数をプロペラ
翼数の整数倍(1〜3倍)とすれば、効率1.8%以上
のアップとなることがわかる。
4Mとして、タービン翼の直径を25%、35%、45
%、55%、65%と変更した場合の結果を表3と第8
図に示す。これらの図表から、タービン翼の直径を増や
せば効率アンプ量は増加するが、増やしすぎると逆に減
少し、 33%DP〈タービン翼直径〈60%DP (71式
の範囲で効率1.8%以上のアップが可能であることが
わかる。
角の相関について調べた。基本的には(4)弐を満たす
ように後側の翼のピッチとキャンバ−を決めればタービ
ン翼となるが、第4図中の記号を用いて(4)式を書き
直すと次式となる。
し、β7゜:後側タービン翼の零揚力角ここて、仮に後
側の翼のキャンバ−を零、すなわち平板とすればβ7゜
が零となり、(4)°式はθP−β″ア、<O(81式 さらに、後側の翼のピッチ角θPをプロペラ後流の方向
βア、に一敗させれば、後側の翼による誘導速度が零と
なってβ″ア、はβアミと等しくなる。
、 (91式とすれば、後側の翼
はタービン翼となる。
1.を計算して、プロペラのピッチ角θPと比較した。
第26図は第25図と同じプロペラの伴流中の結果、第
27図は別の中速船用プロペラの伴流中の結果、第28
図は高速船用プロペラの伴流中の結果である。図中、β
アミ(0) 、 βrr (10) 、 β、 i
(20)はそれぞれ1=O%、10%、20%におけ
るβ1.である。
いにかかわらず、z>6%の位置ではβTi#θP
for 0.3≦r / R≦0.6 00)式とい
える。これを(9)式に代入すればθP〈θP fo
r 0.3≦r / R≦0.60υ弐となる。00
式は平板の場合であり、これにキャンバ−をつければ θP〈θP−α、。for 0.3≦r / R≦0.
6@式となる。キャンバ−比(=キャンバー/翼巾)と
α。の関係の一例を第29図に示す。第29図から、キ
ャンバ−比1%に対して零揚力角がおおよそ1゜変化す
ると言える。タービン翼のキャンバ−が後方につけられ
、キャンバ−比が高々20%までとすれば、021式は θ□≦θPト20° for 0.3≦r / R≦
0.601式となる。(なお、αφ弐〜0コ弐中のRは
プロペラ半径である。)すなわち、r/R=0.3〜r
/R−〇、6の位置において、01式を満たすように後
側の翼の゛ピッチ角を選定すれば、タービン翼となり、
前述の効果が期待される。r/R<0.3においては、
β0.が急激に大きくなり、θPをかなり大きい値とし
てもタービン翼となるので、ここではと(には制限しな
い。また、r/R=0.3〜r/R=0.6の間の一部
分の範囲で0蕩弐を満たさないようにβ1を選定しても
翼全体としてタービン翼の機能を持たす設計が可能であ
るが、前述の効果が減少すると考えられる。
着(取付)手段の実施例のいくつかが例示されている。
リング3Aを、プロペラボス2Aとこのボス後方のプロ
ペラキャップ4との間に介在させてプロペラ軸lに被せ
、ボルト5,6.7で着脱固定自在に取付けたものであ
り、この場合、第12図ではボルト5でプロペラボス2
A、リング3A及びキャップ4の三者を共締めした実施
例を示し、第13図は、プロペラボス2Aにリング3A
をボルト6で締結し、リング3Aにキャップ4をボルト
7で締結したものを示しており、第14図〜第16図で
示す如くリング3Aに放射状配置で軸方向に形成したボ
ルト挿通孔3Cを利用して各ボルト5,6.7が締結さ
れる。
2Aの外周面上にねじ締結手段により着脱固定自在に取
付けた実施例であり、タービン翼3はその基部に、締結
孔13Bを有する平板状のフランジ13A ヲ有し、こ
のフランジ13Aをプロペラボス2Aの外周面上に重ね
合せてポルf−13Cを各締結孔13Bに挿通し、各ポ
ルl−13Cをボスに形成した雌ネジに締結してなる。
の関係を示しており、第14図は、リング3Aの外周放
射状位置に軸方向にアリ溝3Bを形成し、タービン翼3
の基部端面をリング3Aの外周面上に重ね合せた状態で
タービン翼3の基部に形成した鳩尾状の突起3Dを、前
記アリ?t43Bに軸方向から嵌合させたものであり、
この実施例では突起3Dの軸方向規制はプロペラボス2
Aとプロペラキャップ4でなされる。
等により一体成形した実施例を示している。
フランジ13Aは前述同様に一体成形される。
形成し、この取付は孔3Bにネジ部を有する突起3Dを
挿通してナツト8でネジ締結した実施例を示している。
割型リングとすることができ、タービン翼3は取付角度
調整手段を具有させることもできる。
プロペラと同材料(例えば銅合金)あるいはFRP等の
複合材料等で作成できる。
ン翼を設けたものであるから、プロペラ誘導速度が大き
い程、すなわちプロペラ軸後方への流れが速い程、また
回転方向につれまわる流れが大きい楔効果があり、ここ
に、プロペラ効率が向上できる。
汚損や主機の老朽化などで、プロペラの回転が重くなっ
た(回転が低下した)プロペラにタービン翼を取りつけ
れば回転を軽くすることもできる。
プロペラボスの外周上にフランジを、又は該ボスとプロ
ペラキャンプとの間にリングを着脱自在にしているので
、既存のプロペラに対して既存のキャップをそのまま使
用できてタービン火付の推進装置に低コストで改造でき
るし、リングの肉厚を適当とすることにより、タービン
翼の取付けも、一体型、溶接型、はめこみ式、ボルト止
め等、かなり自由になり、設計製造が容易となる。
側面図、第3図は本発明実施例による前側プロペラの翼
断面流れ場図、第4図は同じく後側タービン翼断面流れ
場図をそれぞれ示しており、第5図はプロペラ翼とター
ビン翼との前後位置関係を示す説明図、第6図はプロペ
ラ効率アンプ量とタービン翼位置との関係を示すグラフ
、第7図はプロペラ効率アップ量とタービン翼の翼数と
の関係を示すグラフ、第8図はプロペラ効率アンプ量と
タービン翼の直径との関係を示すグラフ、第9図はプロ
ペラ1翼の正面図、第10図はプロペラ翼断面流れ場図
、第11図はプロペラ翼断面のキャンバ−を示し、第1
2図と第13図はタービン翼をプロペラボスとプロペラ
キャップとの間に介在させた本発明の2つの実施例を示
す要部側面図、第14図から第16図はリングに対する
タービン翼の取付実施例の3例を示す正面図、第17図
はプロペラボスにフランジを介してタービン翼を取付け
た要部側面図、第18図はフランジ付タービン翼の側面
図、第19図は同平面図、第20図はプロペラ誘導速度
の半径方向分布(プロペラ位置)を示すグラフ、第21
図はプロペラ誘導速度の前後方向分布(r/R=0.3
>を示すグラフ、第22図は中速船の伴流分布を示す
説明図、第23図はプロペラ誘導速度による推力低下量
の半径方向分布を示すグラフ、第24図はプロペラ誘導
速度による四転砥抗トルク増加量の半径方向分布を示す
グラフ、第25図は中速船用プロペラ−様流中における
θPとβ7.の比較グラフ、第26図は中速船用プロペ
ラ伴流中におけるθPとβ7.の比較グラフ、第27図
は他の中速船川プロペラ伴流中におけるθPとβ1.の
比較グラフ、第28図は高速船用プロペラ伴流中におけ
るθPとβ7.の比較グラフ、第29図は零揚力角とキ
ャンバ−比の関係を示すグラフ、第30図は従来例であ
るタンデムプロペラにおける前側プロペラの翼断面流れ
場図、第31図は同じく後側プロペラの翼断面流れ場図
である。 I・・・プロペラ軸、2・・・プロペラ翼、2A・・・
プロペラポス、3・・・タービン翼、3A・・・リング
、4・・・プロペラキャップ。 特 許 出 願 人 株式会社神戸製鋼所第 5 図 図 落 コ クーピ、・ヱの”!e− ヌlO口 争 、J’+ 2Q 171 第21 ・嘉25 図 θF、β βfL 第24 図 馳 第26
Claims (7)
- (1)プロペラ軸(1)に、プロペラ翼(2)とタービ
ン翼(3)とを装着した舶用推進装置であって、前記プ
ロペラ翼(2)が前側でタービン翼(3)が後側に装着
されており、前記両翼(2)(3)の軸長lが6%以上
とされ、タービン翼(3)の翼数はプロペラ翼(2)の
翼数の整数倍とされており、更に、タービン翼(3)の
直径はプロペラ翼(2)の直径の33〜60%とされて
いることを特徴とする舶用推進装置。 但し、前記軸長lは、両翼(2)(3)の中央線間の距
離をプロペラ直径で割った値(%)である。 - (2)プロペラ翼(2)のピッチ角θ_Pとタービン翼
(3)のピッチ角θ_Tが、0.3≦r/R≦0.6の
位置において、θ_T≦θ_P+20°であることを特
徴とする請求項(1)記載の舶用推進装置。 但し、Rはプロペラ翼半径、rは任意の半径位置である
。 - (3)プロペラ翼(2)の後側に装着されるタービン翼
(3)がその基部にフランジ(13A)を有し、該フラ
ンジ(13A)をプロペラボス(2A)の外周上に着脱
自在にねじ締結してなることを特徴とする請求項(1)
記載の舶用推進装置。 - (4)プロペラ翼(2)の後側に装着されるタービン翼
(3)がその基部にリング(3A)を有し、該リング(
3A)を、プロペラボス(2A)と該ボス(2A)後方
のプロペラキャップ(4)との間に、着脱固定自在に介
在したことを特徴とする請求項(1)記載の舶用推進装
置。 - (5)タービン翼(3)は、リング(3A)に一体成形
されていることを特徴とする請求項(4)記載の舶用推
進装置。 - (6)タービン翼(3)は、リング(3A)にネジ締結
手段を介して着脱固定自在に取付けられていることを特
徴とする請求項(4)記載の舶用推進装置。 - (7)タービン翼(3)は、リング(3A)の外周に軸
方向に沿って形成されたアリ溝(3B)に着脱可能に嵌
合されていることを特徴とする請求項(4)記載の舶用
推進装置。
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