JPH061288A - ウォータジェット推進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】吃水に制限されない取付高さ位置でのポンプ起
動が可能で、高速航行以外の速度で航行する場合でも推
進効率を改善し、強度的に十分なウォータジェット推進
機を提供すること。 【構成】船底に開口した取水口２２からポンプケーシン
グ２３内に水を導き、このポンプケーシング２３内の羽
根車２５により水を加圧し、この加圧した水をディフュ
ーザ２６により整流し、船尾に設けたノズルから噴射し
て推力を得るウォータジェット推進機において、ノズル
は主ノズル２７と、周方向に複数に分割され径方向に移
動して主ノズル２７の口径より小さい口径を形成するノ
ズルピース３８とから構成し、ディフューザ２６のボス
部２９は固定前半部３０ａと可動後半部３０ｂとから構
成し、且つ上記ノズルを開閉すべく、ノズルピース３８
を径方向に移動させる第１の駆動手段４０と、ボス部２
９の可動後半部３０ｂを軸方向に移動させる第２の駆動
手段３２とを設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速船艇などに設けられ
るウォータジェット推進機に係り、特にノズルの噴射口
部の開閉を可能としたウォータジェット推進機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ウォータジェット推進機は図１
３に示すように、船艇１の底部に開口した取水口２から
取り入れた水をポンプケーシング３内に導く導水ダクト
４と、ポンプケーシング３の内部で回転するポンプ羽根
車５と、このポンプ羽根車５の出口側に設けられたディ
フューザ６とを有する。このディフューザ６にはポンプ
羽根車５により加圧された水流を整流し、噴射ノズル７
に案内する案内羽根８およびボス部９が設けられてい
る。

【０００３】また、ポンプ羽根車５は駆動軸１０に装着
され、この駆動軸１０を連結した駆動用原動機１１によ
り回転される。そして、取水口２から導入した水流１２
は導水ダクト４を通り、ポンプケーシング３内に案内さ
れる。この案内された水流１２は駆動軸１０にて回転さ
れるポンプ羽根車５により加圧され、この加圧水はディ
フューザ６の案内羽根８で整流した後、船尾に設けられ
た噴射ノズル７から高速度の水流となって噴射される。
この水噴射の反作用により船艇１は推力を得る。

【０００４】このようなウォータジェット推進機におい
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機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
ビテーシ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機として最適で
ある。

【０００５】ところで、上記したウォータジェット推進
機においては、ポンプ羽根車５を駆動用原動機１１で回
転させ、ポンプ運転を開始するためには、ポンプケーシ
ング３内の大部分が水で満たされていなければならな
い。そのため、停船時にポンプ羽根車５の回転中心が水
面以下になる高さ、すなわち吃水線以下の位置にウォー
タジェット推進機は設置されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のウ
ォータジェット推進機は、ポンプ起動のためにその設置
高さが吃水で制限される。したがって、船底から吃水線
までの船内部のスペースは極めて狭く、このため船底近
傍に設置されるウォータジェット推進機や駆動用原動機
１１などの機器の設置が困難になり、船艇構造設計上の
障害になっていた。

【０００７】また、従来のウォータジェット推進機で
は、噴射ノズル７の径が一定で、ジェット流速が高速の
ときに最適条件となるように設定されており、低速のと
きには推進効率が低く、加速性能も比較的悪い。

【０００８】そこで、これまで種々の改良がなされてお
り、例えば特公昭５５−２７６号公報などに記載された
技術が提案されている。すなわち、図１４に示すように
ノズル１３内に弾性リング１４を内蔵し、ノズル１３と
弾性リング１４とで形成される膨張室１５内の圧力を増
減させることにより、ノズル１３の内面形状を変えて、
ジェットの有効面積を変化させるもので、低速時にはＡ
_j1、高速時にはＡ_j2の状態にすることにより、低速時の
加速性能の改善を図っている。

【０００９】ところが、上記従来の技術ではノズル１３
の内面形状が低速時に滑らかな曲線を持つように設計さ
れているが、高速時の曲線は大きくなる。また、ジェッ
トの面積Ａ_j1はノズル出口面積Ａ_N にほぼ等しく、高速
時にはノズル内面出口部の急激な縮流のためにジェット
面積はＡ_j2のように小さくなる。

【００１０】したがって、膨張室１５内の圧力は均一で
も、ノズル１３の内面は流出方向に対して大きな圧力分
布を持つため、弾性膜には大きな力が作用する。このた
め、弾性膜強度の信頼性および保守性などに問題があっ
た。

【００１１】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、吃水に制限されない取付高さ位置でのポンプ起
動が可能で、高速航行以外の速度で航行する場合でも推
進効率を改善し、強度的に十分なウォータジェット推進
機を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るウォータジ
ェット推進機は、上述した課題を解決するために、船底
に開口した取水口からポンプケーシング内に水を導き、
このポンプケーシング内の羽根車により水を加圧し、こ
の加圧した水をディフューザにより整流し、船尾に設け
たノズル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、上記ノズルは主ノズルと、周方向に複数に
分割され径方向に移動して上記主ノズルの口径より小さ
い口径を形成するノズルピースとから構成し、上記ディ
フューザのボス部は固定前半部と可動後半部とから構成
し、且つ上記ノズルを開閉すべく、上記ノズルピースを
径方向に移動させる第１の駆動手段と、上記ボス部の可
動後半部を軸方向に移動させる第２の駆動手段とを設け
たものである。

【００１３】

【作用】上記の構成を有する本発明において、ポンプ起
動時はノズルピースを小径側に移動させるとともに、デ
ィフューザのボス部の可動後半部を軸方向後方に移動さ
せ、ノズルを全閉にすると、ウォータジェット推進機内
と外部とが密閉される。そして、ポンプケーシング内を
完全に充水すれば、ウォータジェット推進機の起動が行
え、したがってウォータジェット推進機の高さは吃水に
制限されず、その自由度が大幅に増加し、機器のレイア
ウトが容易になる。

【００１４】また、航行時はディフューザのボス部の可
動後半部を固定前半部の外形に接する元の位置まで軸方
向に移動してノズルピースを拡径・縮径することによ
り、船艇速度に対応して噴射口径を変化させることがで
き、これによりジェット径を変えて中・低速航行時およ
び高速航行時の双方の推進効率を向上させることができ
る。

【００１５】さらに、ポンプ起動時の閉口操作はノズル
ピースとディフューザのボス部の双方に分担させて行う
ことから、各々の操作ストロークも小さくて済み、特に
比較的狭隘なディフューザに装備される第２の駆動手段
も実現性の高いコンパクトな装備が可能であるととも
に、ノズルピースは主ノズルに対して機械的駆動手段に
より拡径・縮径運動させるようにしたので、船艇航行時
の中・低速航行性能の改善のために弾性材を用いた構成
のものと比較し、強度を向上でき十分な信頼性および保
守性の確保が図れるようになる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係るウォータジェット推進機
の一実施例を図１〜図１２に基づいて説明する。

【００１７】本実施例のウォータジェット推進機は、図
１に示すように船艇２１の底部に開口した取水口２２か
ら取入れた水をポンプケーシング２３内に導く導水ダク
ト２４と、ポンプケーシング２３の内部で回転するポン
プ羽根車２５と、このポンプ羽根車２５の出口側に設け
られたディフューザ２６とを有する。このディフューザ
２６には加圧された水流を整流し、噴射ノズルに案内す
る案内羽根２８およびボス部２９が設けられている。

【００１８】また、ポンプ羽根車２５は駆動軸３６に装
着され、この駆動軸３６を連結した図２に示す駆動用原
動機４７により高速回転される。そして、上記噴射ノズ
ルは主ノズル２７と、周方向に複数に分割されるノズル
ピース３８とから構成され、このノズルピース３８は主
ノズル２７のテーパ面２７ａにスライド可能に係合し径
方向に移動することにより、主ノズル２７の口径よりも
小さい口径に形成することができる。そして、各ノズル
ピース３８は主ノズル２７の外周側に設けられた第１の
駆動手段４０により半径方向に駆動可能に構成されてい
る。

【００１９】詳述すると、各ノズルピース３８には、図
３および図４に示すように主ノズル２７のテーパ面２７
ａに摺接する係合面３８ａが形成されている。これらの
ノズルピース３８は各分割面３８ｂにおいて、周方向に
沿って配置した圧縮コイルスプリングなどのスプリング
４１により連結されている。

【００２０】また、駆動手段４０はディフューザ２６の
外周側に設けられた油圧アクチュエータ４２と、この油
圧アクチュエータ４２の駆動ロッド４２ａに連結され主
ノズル２７の軸心と平行に移動するノズルガイド３９と
を有している。このノズルガイド３９の先端部が各ノズ
ルピース３８を外周側後方から保持するように構成され
ている。

【００２１】これにより、各スプリング４１の外周側へ
の付勢力で、各ノズルピース３８がノズルガイド３９に
当接し、このノズルガイド３９の前後方向位置に応じた
径方向位置で各ノズルピース３８が主ノズル２７と同心
位置に外周側から保持されるようになっている。

【００２２】なお、油圧アクチュエータ４２は油圧コン
トロール装置４３により駆動制御され、ノズルガイド３
９と主ノズル２７との間はシール部材４４によりシール
され、ノズルピース３８とディフューザ２６のボス部２
９の可動部との間は図５に示すようにシール部材４５に
よりシールされ、そしてノズルピース３８の各分割面３
８ａとの間はシール部材４６によりシールされている。

【００２３】一方、ディフューザ２６のボス部２９は、
図１に示すように固定前半部３０ａと、この固定前半部
３０ａの内部に設けられた油圧シリンダを用いた油圧ア
クチュエータ３３による第２の駆動手段３２により軸方
向の前後に可動な可動後半部３０ｂとから構成されてい
る。

【００２４】この可動後半部３０ｂは、図３に示すよう
に油圧コントロール装置３１から油圧アクチュエータ３
３に供給される油圧により駆動制御される駆動ロッド３
３ａに連結されて軸方向の前後に移動が可能である。

【００２５】上記のウォータジェット推進機に加えて図
２に示すように、ポンプケーシング２３の最上部でポン
プケーシング２３内に連通した管に真空ポンプ５１、バ
ルブ５０、およびレベルスイッチ４９が接続されるとと
もに、ポンプケーシング２３には圧力スイッチ４８が取
り付けられ、これらは制御装置５２により制御されてい
る。次に、本実施例の作用について説明する。

【００２６】船艇２１は底部の取水口２２からポンプケ
ーシング２３内に水を導入し、ポンプケーシング２３内
に配設されたポンプ羽根車２５により加圧して船尾に設
けた噴射ノズルから後方へ噴射して前進するが、停船時
からポンプ駆動並びに低速航行を経て高速航行に至るま
では次の通りである。

【００２７】すなわち、図３および図４に示すように、
制御装置５２の指令を受けた油圧コントロール装置４３
で油圧制御される油圧アクチュエータ４２によりノズル
ガイド３９を前方側へ移動させる。

【００２８】これにより、ノズルガイド３９による各ノ
ズルピース３８の保持位置が前方に移行し、各ノズルピ
ース３８はスプリング４１の押圧力に抗して主ノズル２
７のテーパ面２７ａに沿って出口口径Ｄ_j20 まで内径側
へ摺動する。

【００２９】さらに、上記と同様に制御装置５２の指令
を受けた油圧コントロール装置３１で油圧制御される油
圧アクチュエータ３３によりディフューザ２６のボス部
２９の可動後半部３０ｂを図１に示す固定前半部３０ａ
と外形が接する位置から図３に示すノズルピース３８に
当接する位置まで後方側へ移行させる。

【００３０】この状態で、図２に示す真空ポンプ５１を
起動させると、ディフューザ２６の後方は全て外部から
シールされているため、ウォータジェット推進機内の空
気が排気されて内部は負圧になり、取水口２２から水が
ウォータジェット推進機内に吸い込まれ、一定時間後に
はウォータジェット推進機内は完全に水で満たされるこ
とになる。

【００３１】この満水状態をレベルスイッチ４９で検知
し、バルブ５０を閉じ真空ポンプ５１を停止した後、駆
動用原動機４７によりポンプ羽根車２５を低速にて回転
させる。そして、ポンプケーシング２３に取り付けた圧
力スイッチ４８によりポンプ羽根車２５吐出側圧力が一
定に達したことが検知されたら、図５および図６に示す
ようにノズルガイド３９を油圧アクチュエータ４２によ
り後方側へ移行させる。

【００３２】これにより、ノズルガイド３９による各ノ
ズルピース３８の保持位置が後方に移行し、各ノズルピ
ース３８はスプリング４１の押圧力で主ノズル２７のテ
ーパ面２７ａに沿って外径側に摺動する。

【００３３】さらに、油圧アクチュエータ３３によりデ
ィフューザ２６のボス部２９の可動後半部３０ｂを固定
前半部３０ａと外形が接する元の位置まで前方側へ移行
させる。この状態でノズル有効径は最大限Ｄ_j1のように
拡大された主ノズル２７の出口口径をＤ_j10 としたと
き、ジェット縮流率Ｄ_j1／Ｄ_j10 であり、ジェット水流
は大径のノズル有効径Ｄ_j1で噴出してウォータジェット
推進機は低速航行状態になる。

【００３４】なお、主ノズル２７とノズルピース３８と
の間に形成される内径側の空間３４はスプリング４１の
配置用空隙部を介して大気に開放されるので、空間３４
は密閉空間とはならない。したがって、ジェット水流の
噴出に対して特に悪影響は生じない

【００３５】しかる後、ウォータジェット推進機の高速
航行時は、図７および図８に示すようにディフューザ２
６のボス部２９の可動後半部３０ｂは固定前半部３０ａ
と外形が接する位置のままとして、ノズルガイド３９を
前方側へ移行させることにより、ノズルピース３８を内
径側に摺動させてノズルピース３８の出口口径Ｄ_j20と
し、ノズル有効径は最小限Ｄ_j2のように縮径し、上記の
ノズルピース３８の出口口径Ｄ_j20 に対してジェット縮
流率Ｄ_j2／Ｄ_j20 で、ジェット水流は小径のノズル有効
径Ｄ_j2で噴出する。

【００３６】なお、図９は低速航行時と高速航行時との
ノズル位置関係を拡大して示し、ノズルガイド３９の全
ストロークＳの移動範囲において、ノズル口径が最大お
よび最小となる。以下、図１０〜図１２のグラフを用い
て航行時の作用を詳細に説明する。

【００３７】ウォータジェット推進機の推進効率は、ジ
ェット流速比κ＝（ジェット流速Ｖ₂ ）／（船艇速度Ｖ
_s）により変化する。従来の高速艇ではノズル径は最高
推進効率点、または推進機の小型化の観点から最高推進
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、船艇の低速航行時にはジェット流速比が高くな
り、図１０に示すように推進効率η_j は低下する。

【００３８】一方、ウォータジェットポンプのポンプ動
作点は、ほぼジェット面積によって決まる。主ノズル２
７のみのジェット水流である高速航行時には、図１１に
示すように流路抵抗曲線Ａとポンプ流量−揚程曲線Ｃと
の交点ａが動作点であるが、低速航行時にはジェット面
積が増大するため、流路抵抗が減少し（流路抵抗曲線
Ｂ）、動作点はａ点より大流量側のｂ点に移行する。こ
のとき、揚程はａ点より低下するためジェット流速は低
下し、推進効率は増加する。

【００３９】図１２は主ノズル２７のみのジェット水流
による推進特性Ｔ_j1並びに主ノズル２７およびノズルピ
ース３８の環状部からのジェット水流による推力特性Ｔ
_j2を示している。図１２において、Ｏ〜Ｒ線は船体抵抗
Ｒと船艇速度Ｖ_sとの関係を示し、スラスト特性曲線Ｔ
_j1、Ｔ_j2と抵抗曲線の差は加速余裕を示す。

【００４０】ジェット面積の小さいＴ_j1の特性は、停止
および低速時の推力Ｔが小さく、特にハンプに対する加
速余裕が厳しくなる。逆に、ジェット面積の大きいＴ_j2
では、低速時に十分な加速余裕が確保できるが、高速時
に推力不足を生じる。

【００４１】本実施例においては、Ｔ_j1、Ｔ_j2が交差す
る付近の船艇速度で高速航行用のノズル口径に切換える
ように設定するものであり、これにより停止時および低
速時に十分な推力を確保することができるとともに、所
要の最高速度を達成することができる。

【００４２】このように本実施例によれば、ポンプ起動
時は主ノズル２７の噴射口部外方に配設したノズルピー
ス３８を小径側に移動させるとともに、ディフューザ２
６のボス部２９の可動後半部３０ｂを軸方向の後方に移
動させて、噴射口部を全閉にすれば、ウォータジェット
推進機内と外部とが密閉されるので、真空ポンプ５１で
ポンプケーシング２３内を完全に充水させた状態で、ウ
ォータジェット推進機の起動が行え、したがってウォー
タジェット推進機の高さは吃水に制限されず、その自由
度が従来に比べて大幅に増加し、機器のレイアウトが容
易になる。

【００４３】また、航行時はディフューザ２６のボス部
２９の可動後半部３０ｂを固定前半部３０ａの外形と接
する元の位置まで軸方向に移動させてノズルピース３８
を拡径・縮径することにより、船艇速度に対応して噴射
口径を変化させることができ、これによりジェット径を
変えて中・低速航行時および高速航行時の双方の推進効
率を向上させることができる。

【００４４】さらに、ポンプ起動時の閉口操作はノズル
ピース３８とディフューザ２６のボス部２９の双方に分
担させて行うことから、各々の操作ストロークも小さく
て済み、特に比較的狭隘なディフューザ２６の固定前半
部３０ａに装備される第２の駆動手段３２も実現性の高
いコンパクトな装備が可能であるとともに、ノズルピー
ス３８は主ノズル２７に対して機械的駆動手段により拡
径・縮径運動させるようにしたので、船艇航行時の中・
低速航行性能の改善のために弾性材を用いた構成のもの
と比較して強度を向上でき、十分な信頼性および保守性
の確保が図れるようになる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るウォ
ータジェット推進機によれば、ノズルは主ノズルと、周
方向に複数に分割され径方向に移動して主ノズルの口径
より小さい口径を形成するノズルピースとから構成し、
ディフューザのボス部は固定前半部と可動後半部とから
構成し、且つノズルを開閉すべく、ノズルピースを径方
向に移動させる第１の駆動手段と、ボス部の可動後半部
を軸方向に移動させる第２の駆動手段とを設けたので、
吃水に制限されない取付高さ位置でのポンプ起動が可能
であるとともに、航行時においては高速航行以外の速度
で航行する場合でも推進効率を改善することができる。
また、ノズルの強度についても十分な信頼性および保守
性の確保が図れるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウォータジェット推進機の一実施
例を示す要部の縦断面図。

【図２】図１のウォータジェット推進機の全体構成を示
す縦断面図。

【図３】図１におけるウォータジェット推進機の起動状
態を示す縦断面図。

【図４】図３におけるＡ方向矢視図。

【図５】図１におけるウォータジェット推進機の低速航
行状態を示す縦断面図。

【図６】図５におけるＢ方向矢視図。

【図７】図１におけるウォータジェット推進機の高速航
行状態を示す縦断面図。

【図８】図７におけるＣ方向矢視図。

【図９】本実施例の高速航行時および低速航行時におけ
る作動状態を示す拡大断面図。

【図１０】推進効率とジェット流速比との関係を示すグ
ラフ図。

【図１１】ポンプ動作点を示すグラフ図。

【図１２】推力および船体抵抗と、船艇速度との関係を
示すグラフ図。

【図１３】従来のウォータジェット推進機を示す縦断面
図。

【図１４】従来のウォータジェット推進機における可変
ノズル部を示す断面図。

【符号の説明】

２１ 船艇 ２２ 取水口 ２３ ポンプケーシング ２４ 導水ダクト ２５ ポンプ羽根車 ２６ ディフューザ ２７ 主ノズル ２８ 案内羽根 ２９ ボス部 ３０ａ 固定前半部 ３０ｂ 可動後半部 ３１ 油圧コントロール装置 ３２ 第２の駆動手段 ３３ 油圧アクチュエータ ３８ ノズルピース ３９ ノズルガイド ４０ 第１の駆動手段 ４２ 油圧アクチュエータ ４３ 油圧コントロール装置 ４７ 駆動用原動機 ５１ 真空ポンプ ５２ 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船底に開口した取水口からポンプケーシ
   ング内に水を導き、このポンプケーシング内の羽根車に
   より水を加圧し、この加圧した水をディフューザにより
   整流し、船尾に設けたノズル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、上記ノズルは主ノズル
   と、周方向に複数に分割され径方向に移動して上記主ノ
   ズルの口径より小さい口径を形成するノズルピースとか
   ら構成し、上記ディフューザのボス部は固定前半部と可
   動後半部とから構成し、且つ上記ノズルを開閉すべく、
   上記ノズルピースを径方向に移動させる第１の駆動手段
   と、上記ボス部の可動後半部を軸方向に移動させる第２
   の駆動手段とを設けたことを特徴とするウォータジェッ
   ト推進機。