JPH07246995A - 案内羽根前置ウォータジェット推進器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 管路を縮小して排水量の喪失を小さくしたウ
ォータジェット推進器を提供する。 【構成】 船体Ｈ底部に設けた取水口１から管路２を介
して吸い込んだ水を、この管路２の下流側に設けた羽根
車３によりジェットノズル５から後方へ噴出するウォー
タジェット推進器において、前記管路２の羽根車３の上
流側に、上流から下流に向けて口径を急拡大させた拡径
部１１を形成し、この拡径部１１に前記管路２の水流を
羽根車３の回転方向と逆方向に旋回させる前置案内羽根
４を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この出願に係る発明は、舶用のウ
ォータジェット推進器に関し、更に詳しくは、取水口か
ら羽根車に向かう管路の損失を増加させることなく管路
長を短くした案内羽根前置ウォータジェット推進器に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、海上輸送の高速化を実現するため
に高速船が採用されており、このような高速船における
推進器としてはウォータジェット推進器（以下、単にＷ
Ｊ推進器という。）が多用されている。

【０００３】このＷＪ推進器は、図４の側断面図に示す
ように、船体Ｈの底部に設けられた取水口２１から管路
２２を介して吸い込んだ水に羽根車２３でエネルギーを
与え、羽根車２３から出た旋回水流を後置案内羽根２４
により旋回成分を圧力に変換して軸流にし、ジェットノ
ズル２５から高圧噴流として噴出させることにより推力
を発生するものである。

【０００４】上記羽根車２３は駆動軸２６を介して図示
しない原動機により駆動されており、この駆動軸２６は
軸受２７により船体Ｈに支持されている。また、上記管
路２２内の駆動軸２６は軸カバー２８により覆われてお
り、この軸カバー２８を管路２２を形成しているケーシ
ング２９に固定することにより駆動軸２６の回転による
水流の強制旋回を防止している。

【０００５】一方、上記羽根車２３の下流側に設けられ
た整流コーン３０は、内部に駆動軸２６の軸受等を内蔵
するとともに、羽根車２３のボス２３ａから後方に向け
て滑らかな流路の一部を形成しており、その外面とケー
シング２９との間には複数枚の上記後置案内羽根２４が
周状に等間隔で設けられている。なお、この後置案内羽
根２４により羽根車２３から出た旋回水流の旋回成分を
除去して軸流にしており、上記整流コーン３０はこの後
置案内羽根２４を介してケーシング２９に支持されてい
る。

【０００６】このように構成されたＷＪ推進器Ｐの羽根
車２３入出口における水流を、図５に示す各羽根を平面
展開した状態の速度三角形の作用図に基づいて説明す
る。まず、入口部における水流は、軸流速度、すなわち
入口絶対速度ｖ₁ で流れてきて羽根車２３に入る。この
時、羽根車の周速ｕ₁ により羽根車２３の羽根に対して
は相対速度ｗ₁ となって流入する。そして、羽根車２３
によりエネルギーが与えられた水流は、羽根車２３の周
速ｕ₁ により羽根車に対しては相対速度ｗ₂ であるが、
この水流は絶対速度ｖ₂ となって流出する。その後、後
置案内羽根２４によって旋回成分が圧力に変換されて軸
流速度ｖ₃ となって流出される。なお、この軸流速度ｖ
₃ には旋回成分が含まれないように、後置案内羽根２４
が所定の迎え角および反りが設定されている。

【０００７】なお、高速船における推進器を直前で支持
する張出軸受において、死水域となる軸受頂部に向けて
水を廻り込ませるフィンを設けた従来技術として実開平
４−115998号公報記載の考案があるが、この考案そのも
のをＷＪ推進器に適用することはできない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うなＷＪ推進器Ｐでは、その取水口２１における水流の
入口速度と船速（取水口の所における流速をとる事もあ
る。）の比を入口速度比（以下、ＩＶＲという。）と呼
んでおり、通常、取水口２１における損失がこのＩＶＲ
の函数として示されて最小の入口損失を与えるＩＶＲが
存在する。ここで、ＩＶＲがこの値になるように取水口
２１の口径を決めてやれば入口損失が最小になり、ＷＪ
推進器Ｐの推進効率の向上に寄与することができる。

【０００９】一方、ＷＪ推進器Ｐの羽根車２３の径は、
ＷＪ推進器Ｐの推進効率やキャビテーションの制約から
決定されているため、この羽根車２３の径と上記取水口
２１の口径とは一般に一致せず、通常、羽根車２３の径
の方が大きくなる。また、この羽根車２３においてキャ
ビテーションが生じないうようにするためには，羽根車
入口の流入速度を数m/s の流速にすることが望ましい。

【００１０】今、例えば、船速が４０ノット (約20.6m/
s)で最適なＩＶＲが０．６の場合、取水口 での流速は
約１２m/s となり、羽根車２３への所定流入速度が６m/
s とすると、取水口２１から羽根車２３の入口までの管
路２２において流速を約半分に落とす必要がある。

【００１１】そこで、上記管路２２を取水口２１から羽
根車２３の入口にかけて徐々に拡大することによって流
速を落とすように構成している。

【００１２】しかし、管路２２を急激に拡大した場合、
剥離現象を生じて管路損失を増大させてしまうため、拡
大角度は非常に緩やかに拡大していく必要がある（約５
°〜６°）。このことは、特に高速船になると船速が更
に増すため取水口２１の流速が増し、管路２２を更に長
くしなければならなくなって、上記例以上に更に厳しく
なってしまう。

【００１３】また、剥離現象を生じさせないように、図
４に示すように管路２２の口径を緩やかに拡大した場
合、管路長が大きくなり、その分、船体Ｈの排水量の喪
失が大きくなるとともに、ＷＪ推進器Ｐを駆動する駆動
軸２６の長さが増すため、駆動軸２６のたわみによる羽
根車２３とケーシング２９との接触や、横振動の問題が
悪化するので強度を増す必要が生じ、全体的に不経済と
なってしまう。

【００１４】特に、推進器にＷＪ推進器Ｐが採用される
高速船にあっては、管路２２の増大に伴う管路内水重量
等の増加により船体重量が増してしまい、しかも、管路
２２を増大させることにより積載スペースを減少させざ
るを得なくなってしまう。

【００１５】更に、管路２２は、通常、船底に設けられ
た取水口から船尾に向けて大きく湾曲するように形成さ
れており、この管路２２の上部には羽根車２３を駆動す
るための駆動軸２６が貫通している。従って、管路２２
内の水流はこの駆動軸２６が存在することによって乱さ
れ、駆動軸２６の上側への水の供給が阻害されている。
このため、これが管路損失の一部を発生させるととも
に、羽根車２３への水の流入速度や流入圧力を不均一に
して、振動発生やキャビテーションを発生させている。

【００１６】この出願に係る発明は上記課題に鑑みて、
管路を縮小して排水量の喪失を小さくした案内羽根前置
ウォータジェット推進器を提供することを一つの目的と
し、また、羽根車への水流を均一化することによりキャ
ビテーションの発生を防止した案内羽根前置ウォータジ
ェット推進器を提供することをもう一つの目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１発明における案内羽根前置ウォータジェット推
進器は、船体底部に設けた取水口から管路を介して吸い
込んだ水を、該管路の下流側に設けた羽根車によりジェ
ットノズルから後方へ噴出するウォータジェット推進器
において、前記管路の羽根車上流側に、上流から下流に
向けて口径を急拡大させた拡径部を形成し、該拡径部に
前記管路の水流を一方向に旋回させる前置案内羽根を設
けたことを特徴とするものである。

【００１８】第２発明における案内羽根前置ウォータジ
ェット推進器は、上記第１発明において、前置案内羽根
を水流が羽根車の回転方向と逆方向に旋回する所定角度
に設けて後置案内羽根を不要としたことを特徴とするも
のである。

【００１９】第３発明における案内羽根前置ウォータジ
ェット推進器は、上記第１発明又は第２発明において、
羽根車を駆動する駆動軸の側部に、管路の上流側から駆
動軸上部に向けて傾斜した螺旋状の水流調整羽根を設け
たことを特徴とするものである。

【００２０】第４発明における案内羽根前置ウォータジ
ェット推進器は、上記第１発明又は第２発明において、
第１発明又は第２発明の前置案内羽根に第３発明の水流
調整羽根を重ね合わせて変形前置案内羽根を形成し、該
変形前置案内羽根を羽根車の駆動軸側部に設けたことを
特徴とするものである。

【００２１】

【作用】上記第１発明の構成によれば、船体底部に設け
た取水口から管路を介して吸い込まれた水は、羽根車の
上流側に形成された上流から下流に向けて口径を急拡大
させた拡径部により急拡大させられるとともに、この拡
径部に設けられた前置案内羽根により旋回させられて経
路が延長されるとともに軸流速度が減速され、この旋回
成分を含んだ水流が羽根車に流入して羽根車でエネルギ
ーが与えられてジェットノズルから後方へ噴出させられ
る。

【００２２】上記第２発明の構成によれば、上記第１発
明の作用を奏するとともに、水流が所定角度および反り
を設けた前置案内羽根により羽根車の回転方向と逆方向
に旋回させられ、この旋回成分を含んだ水流が、逆方向
に回転する羽根車に流れ込むことによってエネルギーが
与えられるとともに旋回成分が除去されて軸流となりジ
ェットノズルから後方へ噴出させられる。従って、従来
の後置案内羽根が不要となる。

【００２３】上記第３発明の構成によれば、上記第１発
明又は第２発明の作用を奏するとともに、羽根車を駆動
する駆動軸の側部に設けた螺旋状の水流調整羽根によ
り、管路の上流側から駆動軸上部に向けて水流が供給さ
れる。これにより水流の均一化作用が得られてキャビテ
ーション防止作用を発揮する。

【００２４】上記第４発明の構成によれば、上記第１発
明又は第２発明の作用を奏するとともに、羽根車の駆動
軸側部に設けられた前置案内羽根と水流調整羽根とを重
ね合わせて形成した変形前置案内羽根により、羽根車に
流れ込む水流を均一な旋回成分とすることができる。

【００２５】

【実施例】以下、この出願に係る発明の一実施例を図面
に基づいて説明する。図１は第１実施例の案内羽根前置
ウォータジェット推進器を示す側断面図であり、図２は
同ウォータジェット推進器の羽根車入出口における各羽
根を平面展開した状態の水流を示す速度三角形の作用図
である。

【００２６】図示するように、船体Ｈの底部には取水口
１が設けられ、この取水口１から船尾側へ大きく湾曲す
るとともに、上流から下流に向けて徐々にかつ滑らかに
拡径しながら連続する管路２が形成されており、この管
路２の下流側には上流側から下流側に向けて口径を急拡
大させた拡径部１１が形成されている。

【００２７】一方、この実施例では上記管路２の後部に
羽根車３が設けられており、この羽根車３のボス３ａは
駆動軸６を介して図示しない原動機に連結されている。
そして、この駆動軸６は軸受７により船体Ｈに支持され
ている。なお、この軸受７には図示しない軸封装置を内
蔵してもよい。また、この駆動軸６は、軸カバー８によ
り覆われており、軸カバー８は駆動軸６と接触すること
なくケーシング９を介して船体Ｈ側に固定されて、駆動
軸６による水流の強制旋回を防止している。

【００２８】そして、この羽根車３の上流側で上記拡径
部１１には等間隔で複数枚の前置案内羽根４が周設され
ており、この前置案内羽根４は羽根車３の入口に近い所
定位置に配置されている。この位置は、前置案内羽根４
により予旋回させた水流で羽根車３が振動等を生じない
ような最適位置を設定すればよく、枚数も羽根車３の大
きさ等により最適数を設定すればよい。また、この実施
例では、上記前置案内羽根４が水流を上記羽根車３の旋
回方向と逆方向に旋回させるように、羽根車３の回転方
向と逆の迎え角となるように所定角度および反り、すな
わち羽根車３の回転方向と逆方向にひねるように設けら
れており、この前置案内羽根４により図１において水流
を船尾側から見て右旋回させることにより、水流の急速
な減速を避けながら軸流速度の減速を行うとともに水流
に予旋回を与え、左回転する羽根車３にこの予旋回流を
供給するように構成している。従って、羽根車３の入口
では均一な予旋回流が供給されることとなる。

【００２９】なお、この実施例のように水流を羽根車３
の回転方向と逆方向に旋回させる前置案内羽根４を設け
ることにより、図４に示すような従来の羽根車下流側の
後置案内羽根２４を除去することが可能となり、そうす
ることによりＷＪ推進器Ｐの下流側、すなわちジェット
ノズル５側をコンパクトにすることができ、重量軽減に
よる積載重量の増加が可能となる。

【００３０】また、この羽根車３の下流側には上流側の
ような水流を悪くするような要因がなく、上流側に設け
た前置案内羽根４による予旋回と羽根車３による逆旋回
を組合せることによって、羽根車３の出口において旋回
成分を含まない軸流、すなわち平行流を作り出すことが
できる。この場合、摩擦損失を増加させる心配もない。

【００３１】更に、上記羽根車３の下流側には整流コー
ン１０が設けられており、この内部には上記駆動軸６の
軸受等を内蔵するとともに、羽根車３のボス３ａから後
方に向けて滑らかな流路を形成する一部となっている。
なお、この整流コーン１０は支持部材１２によりケーシ
ング９に支持されている。この支持部材１２は、整流コ
ーン１０を支持するとともに駆動軸６の後端を支持でき
る強度を有していればよく、軸流方向に沿った複数の平
板で流体抵抗が最小となる形状のものであればよい。

【００３２】以上のように構成された第１実施例のＷＪ
推進器Ｐによる推力の発生を以下に説明する。すなわ
ち、取水口１から吸い込まれた水は管路２を介して前置
案内羽根４に供給され、この前置案内羽根４により所定
方向の予旋回が与えられる。この時、前置案内羽根４に
よる予旋回によって、水流の経路が延長されるとともに
流速の急激な減速を避けながら軸方向流速を減速してい
るため、管路損失の増大を押さえて管路２の縮小を可能
としている。従って、二点鎖線で示す従来の管路２２に
比べて大幅に縮小することができ、これにより軸受２７
も船尾側へ移動させることが可能となり、管路２の縮小
を計って排水量の喪失を最小とするとともに、駆動軸６
の支持条件も改善している。また、管路２の口径が急に
拡大する箇所に前置案内羽根４を設けて水流を旋回させ
ることにより、管路２の口径を急速に拡大しても剥離現
象を起こすことはない。

【００３３】そして、水流に予旋回を与えることにより
羽根車入口部で均一化した水流が、逆方向に回転する羽
根車３によってエネルギーを与えられるとともに軸流と
なって羽根車３から出て、ジェットノズル５から高圧噴
流として噴出させることにより推力を得ている。

【００３４】この第１実施例のＷＪ推進器Ｐの羽根車入
出口における水流を、図２に示す各羽根を平面展開した
状態の速度三角形の作用図に基づいて説明すると、ま
ず、入口部における軸流速度、すなわち入口絶対速度ｖ
₀ で流れてきた水流は、前置案内羽根４に流入して、管
路口径の拡大に伴う軸流速度の減速とともに、旋回成分
を含んだ絶対速度ｖ₁ となって羽根車３に流入する。こ
の羽根車３は周速ｕ₁ により回転しているため、羽根車
３の羽根に対しては相対速度ｗ₁ となって流入し、羽根
車３によってエネルギーを与えられて、羽根に対しては
相対流速でｗ₂ で流出する。しかし、羽根車は周速ｕ₁
で回転しているため、最終的には絶対速度ｖ₂ 、すなわ
ち軸流速度ｖ₂ となって流出する。この場合、軸流速度
ｖ₂ に旋回成分が含まれないように、前置案内羽根４お
よび羽根車３を所定の迎え角および反りに設定する必要
がある。なお、この所定角度および反りは船の大きさや
出力等によって最適値に設定すればよい。

【００３５】次に、図３の案内羽根前置ウォータジェッ
ト推進器を示す側断面図に基づいて第２実施例を説明す
る。なお、上述した第１実施例と同一の構成には同一符
号を付して説明は省略する。

【００３６】この第２実施例は、上述した第１実施例
に、管路２の中を貫通する駆動軸６の背面側へ水流を導
くための水流調整羽根１３を設けた実施例であり、図示
するように、前置案内羽根４の上流側の軸カバー８の両
側部に水流調整羽根１３を設けている。

【００３７】この水流調整羽根１３は、管路２の上流か
ら駆動軸６の上部に向けて傾斜し、しかも螺旋状に捩じ
れるように形成されたものであり、この実施例では軸カ
バー８の両側部から軸カバー８上部に向けて設けられて
いる。なお、この水流調整羽根１３は前置案内羽根４の
旋回方向と同一となるような軸カバー８の一方、つまり
図３の構成であれば船尾側から見て左側のみに設けた構
成であってもよく、この水流調整羽根１３によれば駆動
軸６の上部へ供給された水流が前置案内羽根４の旋回方
向へと連続的に流れて行く。

【００３８】このように水流調整羽根１３を設けた第２
実施例によれば、管路２を流れる水流は上述した第１実
施例と同様に流れるとともに、駆動軸６側部の水流が水
流調整羽根１３に沿って駆動軸６の上部へと流れる。従
って、上述した第１実施例よりも前置案内羽根４の入口
における水流をより均一化することが可能となり、羽根
車３に供給する水流を均一化することによりＷＪ推進器
Ｐを更に効率良く運転することが可能となる。

【００３９】また、上記第２実施例では、水流調整羽根
１３を前置案内羽根４よりも所定距離上流側に設けてい
るが、この水流調整羽根１３と前置案内羽根４とを重ね
合わせることにより変形前置案内羽根を形成し、この変
形前置案内羽根を上述した第１，第２実施例における駆
動軸６の側部に設ければ、前置案内羽根４と水流調整羽
根１３との機能を兼用させて羽根車３に流れ込む水流を
均一な旋回成分とすることができる。

【００４０】

【発明の効果】この出願に係る発明は以上説明したよう
に構成しているので、以下に記載するような効果を奏す
る。

【００４１】第１発明によれば、羽根車の上流側で前置
案内羽根によって予旋回を与えるため、管路口径を急拡
大させても水流の急速な減速を避けて管路損失を増加さ
せることなく管路の縮小を計って排水量の喪失を最小と
するとともに、駆動軸の支持条件も改善することがで
き、軽量でコンパクトなＷＪ推進器を構成することがで
きる。従って、管路の縮小による積載スペースの拡大が
可能となる。

【００４２】また、管路の曲がりや駆動軸の存在によっ
て作り出される羽根車入口部の不均一流を前置案内羽根
によって均一化することができるので、振動やキャビテ
ーションの改善も可能となる。

【００４３】第２発明によれば、上記第１発明の効果を
奏するとともに、前置案内羽根により羽根車の回転方向
と逆方向に水流を旋回させるため、羽根車で逆方向に旋
回させて噴出する噴流は旋回成分を除去した軸流とな
り、羽根車下流側の後置案内羽根を除去することによっ
て下流側でも寸法の縮小が可能になり、全体としてより
コンパクトなＷＪ推進器を形成することができる。

【００４４】第３発明によれば、上記第１発明又は第２
発明の効果を奏するとともに、螺旋状の水流調整羽根に
より駆動軸上部に水流が供給されるため、羽根車により
均一な水流を供給することができ、不均一流による振動
やキャビテーションを更に防止することができる。

【００４５】第４発明によれば、上記第１発明又は第２
発明の効果を奏するとともに、羽根車の駆動軸側部に設
けられた変形前置案内羽根により、羽根車に流れ込む水
流を均一として振動やキャビテーションを更に防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願に係る第１実施例の案内羽根前置ウォ
ータジェット推進器を示す側断面図である。

【図２】図１のウォータジェット推進器の羽根車入出口
における水流を示す速度三角形の作用図である。

【図３】この出願に係る第２実施例の案内羽根前置ウォ
ータジェット推進器を示す側断面図である。

【図４】従来のウォータジェット推進器を示す側断面図
である。

【図５】図４のウォータジェット推進器の羽根車入出口
における水流を示す速度三角形の作用図である。

【符号の説明】

１…取水口 ２…管路 ３…羽根車 ３ａ…ボス ４…前置案内羽根 ５…ジェットノズル ６…駆動軸 ７…軸受 ８…軸カバー ９…ケーシング １０…整流コーン １１…拡径部 １２…支持部材 １３…水流調整羽根 Ｐ…ウォータジェット推進器 Ｈ…船体 ｕ₁ …周速 ｖ₀ …前置案内羽根入口絶対速度または軸流速度 ｖ₁ …羽根車入口絶対速度 ｖ₂ …羽根車出口絶対速度 ｖ₃ …後置案内羽根出口軸流速度または絶対速度 ｗ₁ …羽根車入口相対速度 ｗ₂ …羽根車出口相対速度

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船体底部に設けた取水口から管路を介し
   て吸い込んだ水を、該管路の下流側に設けた羽根車によ
   りジェットノズルから後方へ噴出するウォータジェット
   推進器において、 前記管路の羽根車上流側に、上流から下流に向けて口径
   を急拡大させた拡径部を形成し、該拡径部に前記管路の
   水流を一方向に旋回させる前置案内羽根を設けたことを
   特徴とする案内羽根前置ウォータジェット推進器。
2. 【請求項２】 前置案内羽根を水流が羽根車の回転方向
   と逆方向に旋回する所定角度に設けて後置案内羽根を不
   要としたことを特徴とする請求項１記載の案内羽根前置
   ウォータジェット推進器。
3. 【請求項３】 羽根車を駆動する駆動軸の側部に、管路
   の上流側から駆動軸上部に向けて傾斜した螺旋状の水流
   調整羽根を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項
   ２記載の案内羽根前置ウォータジェット推進器。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２の前置案内羽根に
   請求項３の水流調整羽根を重ね合わせて変形前置案内羽
   根を形成し、該変形前置案内羽根を羽根車の駆動軸側部
   に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
   案内羽根前置ウォータジェット推進器。