JPH06511449A - 船舶用ヘリコニック反動推進装置 - 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】 本発明は、一般的には、特に船舶の低速操船に使用される反動推進装置に関する 。さらに詳細には、本発明は、船舶の操船および／または推進に使用されるｌま たはそれ以上の方向性の水ジェツトのエネルギー効率のよい発生のため設計され たコンバンクトな反動推進装置に関する。

ポート反動推進装置は、一般的に船舶の接岸（ｃｌｏｓｅ−ｑｕａｒｔｅｒ）操 船に使用する技術で知られている。かかる反動推進装置は、船体の一方側から排 出される水流を発生して、改良された接岸操船のために船に加えられる十分な水 力学反動力を生ずるように設計されている。１つの在来の形態では、反動推進装 置は、船体に形成された適切な大きさの横断開口すなわちトンネル内に取付けら れた比較的大きな直径のプロペラを具備しており、その場合に、プロペラが、プ ロペラの回転方向によって船の一方側に向けて多量の水流を発生するようになっ ている。この形式の所謂トンネル反動推進−は、接岸操船のとき、特にドックに 接近またはドックから離れるとき、かなりの利点を備えているが、この反動推進 装置は、船体内の大きな容積空間を占める。さらに、必要な大きな直径のフロー トンネルの据付に適合するため、通常乾ドック環境において、船体に大きな開口 を形成しなければならない。その結果として、トンネル反動推進装置は、装置の 大きさおよび据付費用に関してかなりの欠点を有している。

最近、他の、比較的よりコンパクトな反動推進装置が設計された。この反動推進 装置では、高能力の水ポンプが、船体の両側に取付られけた比較的小さなノズル を通り高速ジエ’７トとして排出される水を送る。例えば、米国特許第４．０５ ６，０７３号：第４，２１４．５４４号および第４．４５５．９６０号を参照さ れたい。この反動推進装置では、ポンプが、船体に形成された下方に開いた取入 れ口を通り水を吸い込む。その水はポンプからディフューザーおよびノズルの１ つを通る排出流のための方向制御ベーンすなわち羽根を通り排出されて、操船を 助けるのに有効である水力学的反動力を生ずる。このタイプの水ジエツト反動推 進装置は、有利なことに、船体内でかなり少ない空間を占め、かつ船体に形成さ れるべき大きな穴を必要とせずに据付けられる。さらに、追加の方向性ベーンお よび／または追加の排出ノズルが、接岸船体操船のとき、あるいは主機関故障の 場合における補助駆動源として、船の推進のための前身・後進方向の反動力を発 生するのに使用される。しかし乍ら、水ジェツトの推力発生能力は、トンネル反 動推進装置に比べて、エネルギーの見地から、比較的非能率的である。

したがって、特に推力発生の効率改善に関して、水ジエツト型の反動推進装置の 改良の十分な必要性が存在する。本発明は、この必要性を満たし、そしてさらに 他の関連した利点を提供する。

発明の概要 本発明によって、船の操船および／または推進に使用する船舶のための改良した 反動推進装置が提供される。この反動推進装置は、高能力羽根車を具備し、それ が、螺旋状の流れパターンで、円錐形またはヘリコニックフローチャンバ（ｈｅ ｌｉｃｏｎｉｃ　ｆｌｏｗ　ｃｈａｍｂｅｒ）内に水をポンプで送り、したがッ テ十分な螺旋状（ｈｅｌｉｃａｌ）−円錐状（ｃｏｎｉｃａｌ）の流れ状態を生 ずる。水流は、へりコニックフローチャンバから、各々がフローチャンバから、 方向性の排出ノズルに導かれているｌまたはそれ以上の複数の接線方向に向けら れた排出管を通り排出される。

好ましい形式では、１対の排出管が、船体のそれぞれ左舷および右舷側に取付ら れた排出ノズルに関連付けられており、そして少くとも１つの追加の排出管が、 船の推進に使用する後方に向いたノズルに関連付けられている。関連した排出ノ ズルへの水流の許容または阻止のため、弁部材が排出管の各々の中に取付けられ ている。

ポンプは、好ましくは下方に開いている船体に形成された取入れ口を通り比較的 多量の水流を吸い込むように設計されている。ポンプは、十分な螺旋または渦動 作をもって、逆円錐形の、全体的に環状へりコニックフローチャンバの下部収束 端部に流入水を送る。排出管は、フローチャンバから十分に水が直線的に流出で きる方向に、全体的に接線方向にへりコニックフローチャンバ内に開いている上 流端を有している。排出ノズルは、そこから外方に水を排出して、船を操船しま たは推進するのに使用される反動力または推力を発生するため、実質的に船体に 配置された方向性をもった位置にある各排出管の下流端に取付けられる。好まし い形式では、１対の排出管が、へりコニックフローチャンバから、実質的に直線 形状に、かつ反対方向に船の左舷および右舷側の横に向いた排出ノズルまで延び ている。第３の排出管は、へりコニックフローチャンバがら、船の船尾の方に後 方に延びていて、前進推進反動力を発生する後方に向いた排出ノズルで終ってい る。船首の方に延びており、かつ後進推進力を発生するため、前方に開いた排出 ノズルで終っている第４の排出管が設けられてもよい。

排出管の各々は、好ましくはへりコニックフローチャンバに比較的接近した位置 において、その中に取付けられた弁部材を有している。これらの弁部材は、関連 した排出管を通る水流をそれぞれ許容しまたは妨げる開閉位置の間で可動なよう に制御ユニットによって別々に作動される。開いた位置では、各弁部材は、渦流 成分を減少するため、接線方向の水流と全体的に同軸に延びているクロス・ベー ンを構成する。制御ユニットは、ポンプが運転しているとき、弁部材の少くとも １つを開位置に維持して、船の操船および／または推進のため選択した方向に船 体が加えられる反動力または推力を生ずるように設計されている。運転のある状 態では、制御ユニットは、水流の排出を両方向に許容して、船に加えられるゼロ の純推力を生ずるように、一対の弁部材を開くことができる。

本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例示によって説明する添付図面 と関連した以下の詳細な説明からより明らかとなるであろう。

図面の簡単な説明 添付図面は本発明を例示している。そのような図面の、図１は、船体に据付けた 本発明の新規な特徴を具体化しているへりコニック反動推進−を有している船舶 の船体の一部分を示している、多少概略的に示した、部分斜視図である： 図２は、図１に示した反動推進装置の部分的右舷の立体図である；図３は、改良 した反動推進装置の拡大部分縦断面図である；図４は、全体的に図３の４−４線 において見た水平断面図である；図５は、図１と同様な、反動推進装置を通る水 流を調節する制御ユニットおよび関連した弁手段を示している部分斜視図である 。

図６は、図５と同様な、本発明の他の好ましい形態を例示している部分斜視図で ある； 図７は、本発明の他の好ましい形態を示している拡大部分側面立体図である；図 ８は、全体的に図７の８−８線で見た水平断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 例示的な図面に示したように、全体的に参照番号１０によって図１に示した改良 した反動推進装置は、選択した方向に船体１４がら排出される方向性の水ジェツ トの使用による船舶１２の接岸操船および／または駆動推進のために設けられて いる。反動推進装置ｌＯは、多量の流量の水を螺旋−円錐形すなわちまたはヘリ コニックフローチャンバＩ８に供給し、そしてさらに、図１および図２では２つ の排出管２０．２２および２４で示されているｌまたはそれ以上の複数の接線方 向に向けられた排出管を通して排出するポンプ１６を含む。

さらに詳細には、反動推進装置１０は、図１に示したように、船体の船首の近く の場所のような、好都合な、適した位置において、船体１４内に据付けるように 設計されている。あるいはまた、反動推進装置は、船尾の近くまたは任意の他の 好都合な場所に位置決めされてもよい。この装置は、ポンプ１８が運転している とき、水流のための開放した取入れ０２８を構成している下部端を有しているハ ウジング２６を含む。ポンプの羽根車３０（図３）は、取入れ０２８から短い距 離の流入位置において、ハウジング２６の下方領域内に取付けられている。例示 した好ましいポンプ羽根車３ｏは、ハブ３４に取付けられた、ハイブリッドすな わち混合軸流および遠心流設計の環状配置の羽根車ベーン３２を具備し、ハブ３ ４はさらに駆動軸３６の下部端に保持されている。図３は、ハウジング２６を通 り垂直に延びており、適切なベアリング３８によって回転可能に支持された駆動 軸３６を示しており、駆動軸３６の上部端は、適切な上部に取付けた駆動モータ ４２の出力軸４０に接続されている。

羽根車３０は、取入れ口２８を経て多量の水流をハウジング２６内に吸い込むよ うに作動する。この水流は、羽根車によって、ハウジング２６の上部領域に送ら れる。この場合、この上部ハウジング領域は、へりコニックフローチャンバ１８ を構成するように幾何学的に成形されている。図３は、ポンプ羽根車３ｏから上 方に、上部の同軸線方向に向いた円筒形部分に直径方向に拡大している円錐形の 下部部分によって構成された外壁を含むように成形されたハウジング２６を例示 している。これらの円錐形、円筒形のハウジング部分が、ハウジング２６の上部 壁４６から垂れ下がっている中央に配置された流れ形成壁４４を囲んでいる。

流れ形成壁４４は、羽根車３０に近接して配置された下部端から漸次拡大してい る截頭円錐形横断面図を有している。ヘリコニックフローチャンバ１８は、流れ 形成壁４４と、円錐形、円筒形のハウジング部分によって形成された外壁との間 の環状スペースによって構成されている。

作動において、羽根車３０が多量の水流を、上方に、十分な渦または螺旋流れ動 作をもってヘリコニックフローチャンバ１８に送る。このへりコニック水流は、 最小の背圧および／またはそれに関連した流れ損失で、フローチャンバ１８を通 り上方に広がる。螺旋状ベーン４５がフローチャンバの円錐形下部部分内に設け られていて、再循環の流れを最小にしてまたは抑制している。排出部２０．２２ および２４は、ハウジング内の水渦巻き流の接線方向に実質的に整合してハウジ ング２６の上部円筒形部分に接続された上流端を有している。ハウジング頂部壁 ４６から下方に延びているスタビライザーベーン４８（図３および図４）が、フ ローチャンバ１８内に設けられてもよく、その場合に、スタビライザーベーン４ ８（図３および図４）は、フローチャンバの周りの温水流を案内するため弧状形 状を有している。図５に示したように、スタビライザーベーンの弧状の長さは、 排出管への接線方向の水流を妨げないように選択されている。

３つの例示的な排出管２０．２２および２４の各々は、へりコニックフローチャ ンバＩ８からの水流を許容しまたは妨げるため、その中に取付けられた弁部材５ ０を有している。さらに詳細には、１つの好ましい形式で図５に示したように、 各弁部材５０は、直角に交差して接続されており、かつ開閉位置間に回転運動可 能に軸ビン５２によって取付けられた１対の円形ベーンを具備している。開位置 では、排出管２０に関して見たとき、ベーンは、排出管の長手方向の軸線と同軸 の平面内に広がるように向けられている。したがって、開位置では、弁部材５０ のベーンは、排出管内の渦動作によるエネルギー損失を減少または最小にする目 的のために、排出水流に対しＸ形状の断面を与えている。さらに、ポンプ１６が 運転していないとき、ベーンによって構成されたＸ形状の断面が、フローチャン バ１８内への破片の逆流吸い込みを防止する働きをする。

対照してみると、弁部材５０が閉位置にあるとき、円形ベーンの１つは、排出管 ２２．２４に関して図５に示したように、関連した排出管を横切って横に延びて いる位置に回転される。この閉じた位置では、弁部材は、排出管を通る水流を妨 げる。これに関しては、すべての弁部材５０は、弁部材の上流側におけるいかな る流れの停滞領域および／または流れの撹乱あるはそれに関連している関係した 流れ損失を最小にする目的のため、ヘリコニックフローチャンバ１８に接近した 位置にそれ等のそれぞれの排出管内に取付けられるのが望ましい。

排出管内に取付けられた弁部材５０は、ポンプ１６が運転されているときは何時 でも、排出管の少くとも１つを通りへりコニックフローチャンバ１８からの水流 を接線方向に排出可能にするように別々に作動される。図５は、個々に例示的な ３つの弁部材５０に関連した３つの空気圧作動器ユニット５４を示している。

作動器ユニット５４は、クランクリンク５８を経て弁部材軸ピン５２に接続され た伸張可能なラム５６を含んでおり、弁部材を、圧力ラインを経て制御ユニット ６０から受けとった流体圧力信号に応答して開閉位置の間で変位する。出典を明 示することによってその開示を本願の一部とする米国特許第４，４５５，９６０ 号に記載されたような、ポンプの過負荷モして／またはそれによって生ずるポン プの損傷を防止するため、作動器ユニット５４が制御ユニット６０によって制御 されて、弁部材５０の少くとも１つがポンプ運転中に開くのを保証する。しかし 乍ら、他の作動器操船および機構が、複数の弁部材５０の位置を制御するのに使 用されてもよいことは、当業者に理解されるであろう。

図１、図２および図５を参照すると、実質的に直線形状で、フローチャンバ１８ から、船体１４のそれぞれ左舷および右舷側の方に延びている排出管２０および ２２が示されている。これ等の排出管２０および２２は各々、船体における先細 排出ノズル６４で終っており、このノズルを通って高速水ジェットを、好ましく は船の標準喫水線以下の船体から排出することができる。制御スイッチまたはレ バー６６（図５）の手動移動によるような、制御ユニット６０の適切な調整が、 排出管２０．２２内の弁部材５０を作動して、船の左舷および／または右舷側か ら高速ジェットとしての水流を可能にする。そのような水ジェツトの排出が、左 舷または右舷に向けられ反動力を生じて、操船を助ける。あるいはまた、制御ユ ニットは、導管２０および２１の双方に関連した弁部材５０を開くように設計し て、オフセットにした反対の方向に船体から出る高速ジェットを生ずるようにし てもよい。

図１、図２および図５に示した第３の排出管２４は、フローチャンバ１８から船 尾の方に後方に延びている。この排出管２４は、接岸操船のとき船を推進するの に使用する、あるいは主機関故障の場合に他の鉛部動源として使用される前進反 動力を生ずる水ジェツトの後方への排出のため、後方に向けられた先細排出ノズ ル６４′　で終っている。図は、船体１４の下側に対してぴったりと付けられた 比較的狭い断面の楕円形形状の排出ノズル６４゛で終っている下方に曲った部分 ２４°を含む排出管２４を示している。

図６は、本発明の他の形式を例示している、この場合、図１ないし図５に示され 説明した構成要素と同じ構成要素は、共通の参照番号によって示されている。

図６の実施例では、第４の接線方向に方向づけられた排出管６８は、ヘリコニッ クフローチャンバ６８に接続されていて、船首の方にそこから前方に延びている 。

弁部材５０および関係した作動器手段がこの第４の排出管６８を通る水流を許容 し、または妨げるため設けられており、この第４の排出管６８は、後方への船の 推進のための反動力を生ずるように設計された前方に向けた排出ノズル（図示せ ず）で終っている。したがって、図６の実施例では、排出管内の弁部材の適切な 作動が、前進、後進、左舷および右舷方向、またはその任意の組合せの接岸操船 を可能にする。

図７および図８は、本発明のさらに他の変更を例示している。この場合には、補 助羽根車７０が、主羽根車３０の下の位置の駆動軸３６の延長部３６”に取付け られている。この補助羽根車７０は、ポンプ１６が運転されたときに取入れ０２ ８から水を吸い込むため、各々が傾斜した形状または曲線の外方に放射状に延び た複数のベーン７４を含む。取入れ口２８の近くまたは実質的に取入れ口２８に 補助羽根車７０を設けることによって、全ポンプ流量能力を改良し、一方羽根車 ７０の周辺に２次的遠心流動作用を発生して、それが取入れ０２８から浮遊物を 一掃する。

本発明の改良した反動推進装置ｌＯは、従来技術の所謂トンネル反動推進装置に 匹敵するエネルギー効率のよい仕方で、しかも比較的容易に、かつ費用効率のよ い据付けに適合したコンパクトな装置で十分な推進力を生ずることが判明した。

さらに、本発明は、最大操船効率のため、各排出ノズルを所望の推力発生方向に 向けることによって、船を操船する側方推力および／または前後推進力を発生す るように多目的の操作を行なう。

本発明の反動推進装置１０に対する種々のさらに他の変更および改良は、当業者 に明らかであろう。したがって、添付の請求の範囲を除き、本発明を上記の説明 および添付図面により限定する意図はない。

Ｆ／Ｇ、３ Ｆ／Ｇ、４

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．船舶用反動推進装置において、 ヘリコニックフローチャンバを形成するハウジング手段と、船舶の船体に形成さ れた取入れ口から水を吸い込み、その水を十分な渦動作をもって前記ヘリコニッ クフローチャンバに送るポンプ手段と、前記ハウジング手段に接続された上流端 を有し、前記フローチャンバからの水流を実質的に接線方向に排出するため前記 ヘリコニックフローチャンバから実質的に接線方向に延びている少くとも１つの 排出管と、前記少くとも１つの排出管の下流端にあって、船体から外方に向けら れた高速水ジェットの形で水を排出し、それによって操船のため反動力を生ずる ノズル手段と、 を含む反動推進装置。
2. ２．前記少くとも１つの排出管に沿って取付けられており、かつ前記排出管を通 る水流をそれぞれ許容し、そして妨げるため開閉間で可動である弁手段をさらに 含む請求項１に記載の反動推進装置。
3. ３．前記弁手段が、前記排出管を通る渦流を最小にするため、閥位置のとき全体 的にＸ形状断面を有している請求項２に記載の反動推進装置。
4. ４．前記ヘリコニックフローチャンバが、前記フローチャンバヘの入口を構成し ている頂端部を有し、前記ポンプ手段が、水を前記入口を通して前記フローチャ ンバに送る請求項１に記載の反動推進装置。
5. ５．フローチャンバヘの再循環流を制御するため前記ヘリコニックフローチャン バ内に螺旋状ベーンをさらに含んでいる請求項４に記載の反動推進装置。
6. ６．前記ヘリコニックフローチャンバの前記頂端部が、前記フローチャンバの下 端部に配置されており、前記ポンプ手段が、前記ヘリコニックフローチャンバの 下に配置されている請求項４に記載の反動推進装置。
7. ７．前記ポンプ手段が、混合遠心軸流ポンプからなる請求項１に記載の反動推進 装置。
8. ８．前記ヘリコニックフローチャンバ内に取付けられたスラビライザーべーンを さらに含んでいる請求項１に記載の反動推進装置。
9. ９．前記ハウジング手段が、全体的にその中心に位置決めされた流れ形成壁を含 み、前記ヘリコニックフローチャンバが全体的に環状の横断面形状を有している 請求項７に記載の反動推進装置。
10. １０．前記少くとも１つの排出管が、前記ヘリコニックフローチャンバから全体 的に反対方向に延びている１対の前記排出管を含む請求項１に記載の反動推進装 置。
11. １１．前記１対の排出管が、前記ヘリコニックフローチャンバから、船体の左舷 および右舷側にそれぞれ実質的に直線形状で延びている請求項１０に記載の反動 推進装置。
12. １２．前記ヘリコニックフローチャンバから船体に対し全体的に後方に延びてい る第３の排出管をさらに含んでおり、前記第３の排出管が、船体に対し全体的に 後方に高速水ジェットを排出するためその下流端に排出ノズルを有している請求 項１０に記載の反動推進装置。
13. １３．前記排出ノズルが、船体の下側にぴったりと付けられている請求項１１に 記載の反動推進装置。
14. １４．さらに、船体に対し全体的に前方に、前記ヘリコニックフローチャンバか ら延びている第４の排出管を含んでおり、前記第４の排出管が、船体に対し全体 的に前方に高速水ジェットを排出するため、その下流端に排出ノズルを有してい る請求項１２に記載の反動推進装置。
15. １５．水流に対し前記排出管をそれぞれ開閉する開閉位置の間で可動に前記排出 管の各々に沿って取付けられた弁部材と、前記弁部材を選択的に開閉する制御手 段とをさらに含んでいる請求項１０に記載の反動推進装置。
16. １６．ポンプ手段に回転可能に取付けられており、かつ実質的に前記取入れ口に 配置された補助羽根車をさらに含んでおり、前記補助羽根車が、浮遊物を取入れ 口から除去するため、その周辺に遠心力作用を生ずる請求項７に記載の反動推進 装置。
17. １７．船舶用反動推進装置において、 船舶の船体を通る水が上向きに流入するための取入れ口を構成する下端を有する ハウジング手段を含み、該ハウジング手段は、上方に直径方向に広がっており、 かつ上部円筒形部分に接合された下部円錐形部分と、前記ハウジング手段の上端 を閉じる頂部壁と、前記ハウジング手段内の中央に配置され、ヘリコニックフロ ーチャンバを形成するため前記外壁と協働している流れ形成壁とを有しているお り、 前記取入れ口を通り前記ヘリコニックフローチャンバに水を送るポンプ手段を含 み、該ポンプ手段は、実質的に取入れ口にあって前記ハウジング手段内に配置さ れたポンプ羽根車と、十分な渦動作で前記フローチャンバに水を送るように前記 羽根車を回転させる手段とを含み、各々が前記円筒形部分に接続された上流端を 有しており、かつ前記フローチャンバから水流を実質的に接線方向に排出するた め、前記ヘリコニックフローチャンバから実質的に接線方向に延びている複数の 排出管と、前記排出管の各々の下流端にあって、船体から外方に向けて高速水ジ ェットの形で水を排出し、それによって操船のための反動力を生ずるノズル手段 と、前記排出管の各々に沿って取付けられており、水流に対して前記排出管をそ れぞれ開閉する開閉位置の間で可動な弁手段と、を含む反動推進装置。
18. １８．さらに、前記ハウジング手段の前記下部円錐部分内にあって、前記ハウジ ング手段内への再循環流を抑制するための螺旋状ベーンを含んでいる請求項１７ に記載の反動推進装置。
19. １９．前記複数の排出管が、前記ヘリコニックフローチャンバから全体的にそれ から反対の方向に延びている１対の前記排出管を具備する請求項１７に記載の反 動推進装置。
20. ２０．前記対の排出管が、前記ヘリコニックフローチャンバから、実質的に直線 形状で、それぞれ船体の左舷および右舷側に延びている請求項１９に記載の反動 推進装置。
21. ２１．さらに、船体に対し、全体的に後方に前記ヘリコニックフローチャンバか ら延びている第３の排出管を含んでおり、前記第３の排出管が、船体に対し全体 的に後方に高速水ジェットを排出するため、その下流端に排出ノズルを有してい る請求項１９に記載の反動推進装置。
22. ２２．ヘリコニックフローチャンバを形成する手段と、十分な渦動作で前記ヘリ コニックフローチャンバに液体を送るポンプ手段と、前記フローチャンバから実 質的に接線方向に液体の流れを排出するため、前記ヘリコニックフローチャンバ から実質的に接線方向に延びている少くとも１つの排出管と、 を含む液体ポンプ装置。