JPH07279894A - High speed rotary blade device - Google Patents

High speed rotary blade device

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Publication number
JPH07279894A
JPH07279894A JP11061494A JP11061494A JPH07279894A JP H07279894 A JPH07279894 A JP H07279894A JP 11061494 A JP11061494 A JP 11061494A JP 11061494 A JP11061494 A JP 11061494A JP H07279894 A JPH07279894 A JP H07279894A
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JP
Japan
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air
negative pressure
impeller
cavitation
propeller
Prior art date
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Pending
Application number
JP11061494A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fumio Nagata
二三男 永田
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IDC KK
Original Assignee
IDC KK
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Publication date
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent a rotor blade from lowering due to cavitation so as to rotate the blade at a high speed by providing an air introduction port in a casing, which faces a negative pressure area of the rotor blade, and by incorporating an air feed valve for controlling the supply of feed onto the negative pressure area of the rotor blade, in the air introduction port. CONSTITUTION:An air introduction port 10 is formed in a suction casing 2, facing a negative pressure area at the tip end of an impeller 6 where the pressure is lowest. An air feed valve 11 communicated with the air introduction port 10 is opened and closed in accordance with a negative pressure in the negative pressure area so as to control the flow rate of air into the negative pressure area. Further, the air is led into the negative pressure area of the impeller from the air introduction port 10 by way of an air passage 9 as indicated by the arrow 22 so as to eliminate a part whose pressure is lower than an evaporating pressure in order to prevent occurrence of cavitation. With this arrangement, it is possible to prevent the impeller 6 from lowering its function due to cavitation which is generated during high speed operation of the impeller 6, thereby it is possible to rotate the impeller at a high speed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は液体を作動流体とするポ
ンプや舶用プロペラ等の回転翼を有する流体機械に関
し、特に高速での使用を目的とした高速回転翼装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid machine having rotary blades such as a pump using a liquid as a working fluid and a propeller for a ship, and more particularly to a high speed rotary blade device intended for high speed use.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ターボ形ポンプや舶用プロペラ等
の液体を作動流体とする流体機械においては、回転翼
(インペラ、プロペラ)によって液体が加速される時、
圧力が下がることによって液体中に含まれている気泡核
が成長してキャビテーションが発生し、このキャビテー
ションによって機械の性能低下、機械表面の浸食、騒音
や振動が生じるので、これをさけるため回転翼の翼形及
びその周りの機械形状がキャビテーションを起こさない
よう設計がなされている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a fluid machine using a liquid as a working fluid such as a turbo pump or a marine propeller, when the liquid is accelerated by a rotor (impeller, propeller),
When the pressure is reduced, bubble nuclei contained in the liquid grow and cavitation occurs.This cavitation causes machine performance deterioration, machine surface erosion, noise and vibration. The airfoil and the mechanical shape around it are designed to prevent cavitation.

【0003】また他の先行技術では、高速での使用を目
的とした翼形として図6に示すスーパーキャビテーティ
ング翼が開発されており、この翼形は積極的にキャビテ
ーションを生じさせ、高速での使用状態を設定してキャ
ビティ18の長さが翼の長さより長いスーパーキャビテ
ーション状態に適した断面形状24を有しており、翼の
前縁をエッジ状にしてキャビテーションを生じさせ、翼
の前縁から後縁までの負圧面全てをキャビティ18の中
に入れ、したがって負圧域17の圧力は蒸気圧に略等し
く、揚力21は正圧域16の圧力に多く依存するように
設計されており、このような翼形を用いることでキャビ
テーションの発生がさけられない高速域での回転翼の使
用を可能にして流体機械の高速化が図られている。
In another prior art, a super cavitating blade shown in FIG. 6 has been developed as an airfoil intended for use at high speed, and this airfoil actively causes cavitation, so that at high speed. The cavity 18 has a cross-sectional shape 24 suitable for a super cavitation state in which the length of the cavity 18 is longer than the length of the blade, and the leading edge of the blade is edged to cause cavitation. The suction surface from the trailing edge to the trailing edge is entirely contained in the cavity 18, so that the pressure in the negative pressure region 17 is approximately equal to the vapor pressure, and the lift 21 is designed to depend largely on the pressure in the positive pressure region 16. By using such an airfoil, it is possible to use a rotating blade in a high-speed range where cavitation is not avoided, and a fluid machine is accelerated.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
流体機械ではキャビテーションを生じさせない翼形及び
その周りの機械形状の設計にも速度の限界があり、この
限界以上に翼を高速で使用することができず、従って回
転翼を有する流体機械の高速化がはばまれている。
However, there is a speed limit in the design of the airfoil that does not cause cavitation and the mechanical shape around it in the conventional fluid machine, and it is not possible to use the blade at a higher speed than this limit. This is not possible, and therefore, the speeding up of fluid machines having rotating blades is being pursued.

【0005】また、前述のスーパーキャビテーティング
翼を用いた流体機械にあっては高速で使用できるもの
の、翼の形状による性能の変化が大きく、低速での使用
でキャビティ18が小さい時には翼の性能はきわめて悪
く、また迎角15の変化に敏感で設計点からはずれた速
度で使用すると性能は急激に低下し、また翼の下流でキ
ャビテーション気泡が崩壊する位置にケーシング、固定
翼、舵などがある場合には、その表面が激しい浸食によ
って損傷するという問題がある。
Further, although the fluid machine using the above-mentioned super cavitating blade can be used at high speed, the performance of the blade is largely changed by the shape of the blade, and the performance of the blade is small when the cavity 18 is small due to the use at low speed. It is extremely bad, and it is sensitive to changes in the angle of attack 15. If it is used at a speed outside the design point, the performance drops sharply, and there are casings, fixed blades, rudders, etc. at the position where the cavitation bubbles collapse downstream of the blade. Has the problem that its surface is damaged by severe erosion.

【0006】本発明は、キャビテーションによる速度限
界を超えて翼を高速回転させることができ、従って流体
機械の高速化が可能であり、その使用状態の変化による
性能の急激な低下を防止することができ、またキャビテ
ーションの浸食作用による機械の損傷を防ぐことができ
る高速回転翼装置を提供することを目的とする。
According to the present invention, the blade can be rotated at a high speed by exceeding the speed limit due to cavitation, and therefore, the speed of the fluid machine can be increased, and it is possible to prevent the performance from being drastically deteriorated due to the change in the usage state. It is an object of the present invention to provide a high-speed rotary blade device that can prevent damage to the machine due to the erosion effect of cavitation.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ため、本発明の高速回転翼装置は、回転翼の周りを囲む
ケーシングに該回転翼の負圧域に面する空気導入口が設
けられており、該空気導入口は前記回転翼の負圧域への
空気の供給を制御する手段を備えていることを特徴とす
In order to solve the above-mentioned problems, in a high-speed rotary blade device of the present invention, an air inlet opening facing the negative pressure region of the rotary blade is provided in a casing surrounding the rotary blade. The air inlet is provided with means for controlling the supply of air to the negative pressure region of the rotary blade.

【0008】[0008]

【作用】本発明の高速回転翼装置では、回転翼の周りを
囲むケーシングに該回転翼の負圧域に面して空気導入口
が設けられており、翼を高速回転させて生じた負圧域に
空気の供給を制御する手段によってその負圧力に応じた
空気が供給されることでキャビテーションによる性能の
低下を防止し、また流体機械の使用状態が変化しても性
能の急激な低下を防ぐことができ、さらにはキャビテー
ションによる浸食作用を防止して機械の損傷が防がれ
る。
In the high-speed rotary blade device of the present invention, the casing surrounding the rotary blade is provided with the air inlet facing the negative pressure region of the rotary blade, and the negative pressure generated by rotating the blade at high speed is provided. By controlling the supply of air to the area, air is supplied according to its negative pressure to prevent performance deterioration due to cavitation, and to prevent a sharp decrease in performance even when the usage condition of the fluid machine changes. In addition, erosion due to cavitation is prevented and damage to the machine is prevented.

【0009】[0009]

【実施例】図1は、本発明の一実施例の軸流ポンプの断
面図であり、図2はそのポンプに設けられた空気導入口
の断面図を示しており、図3は図2の鎖線A−Aに沿う
回転翼(インペラ)の断面図である。
1 is a sectional view of an axial flow pump according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of an air inlet provided in the pump, and FIG. 3 is a sectional view of FIG. It is sectional drawing of the rotary blade (impeller) along a chain line AA.

【0010】軸流ポンプ1は、図1に示すごとく吸込ケ
ーシング2と吐出しケーシング2aによって液体の流路
3が形成されており、吐出しケーシング2aにはその半
径方向に放射状に複数の固定翼4が設けられ、その中心
に配置された軸受け5によってインペラ6が回転可能に
支持されており、インペラ6は吸込ケーシング2の軸受
け封水部7を貫通して導入されているインペラシャフト
8によってこのインペラシャフト8に連結されている原
動機(図示せず)の動力が伝達されて回転駆動される。
As shown in FIG. 1, the axial flow pump 1 has a liquid passage 3 formed by a suction casing 2 and a discharge casing 2a, and the discharge casing 2a has a plurality of fixed blades radially in the radial direction thereof. 4 is provided, and an impeller 6 is rotatably supported by a bearing 5 arranged at the center thereof, and the impeller 6 is supported by an impeller shaft 8 which is introduced through a bearing water sealing portion 7 of the suction casing 2. The power of a prime mover (not shown) connected to the impeller shaft 8 is transmitted and rotationally driven.

【0011】吸込ケーシング2と吐出しケーシング2a
の接続部には、図2に示すごとく吸込ケーシング2の外
周に空気通路9が形成され、この空気通路9に連通する
空気導入口10がインペラ6の翼端の周りを囲むように
設けられており、空気通路9は1または複数の給気バル
ブ11に接続され、この給気バルブ11が空気導入口1
0への空気の供給を制御する手段となっている。
Suction casing 2 and discharge casing 2a
2, an air passage 9 is formed on the outer periphery of the suction casing 2 as shown in FIG. 2, and an air inlet 10 communicating with the air passage 9 is provided so as to surround the blade tip of the impeller 6. The air passage 9 is connected to one or a plurality of air supply valves 11, and this air supply valve 11 is connected to the air inlet 1
It is a means of controlling the supply of air to zero.

【0012】インペラ6が回転駆動されると、図3に示
すようにインペラ6の回転速度12と液体の流入速度1
3から、インペラ6と液体とは相対速度14で、インペ
ラ6に液体が迎角15で流入し、その結果インペラ6の
両面には図中の+及び−記号で示されるように液体の正
圧域16及び負圧域17が形成され、負圧域17におい
てはその圧力が液体の蒸気圧より低い部分にキャビテー
ションが発生する。
When the impeller 6 is rotationally driven, as shown in FIG. 3, the rotational speed 12 of the impeller 6 and the liquid inflow speed 1
3, the impeller 6 and the liquid flow at a relative velocity of 14 and the liquid flows into the impeller 6 at an attack angle of 15. As a result, the positive pressure of the liquid is applied to both sides of the impeller 6 as indicated by the + and − symbols in the figure. A zone 16 and a negative pressure zone 17 are formed, and in the negative pressure zone 17, cavitation occurs in a portion whose pressure is lower than the vapor pressure of the liquid.

【0013】キャビテーションが発生すると、キャビテ
ィ18の成長によって流れがインペラ6の表面からはが
れて剥離を起こして渦19を生じさせ、また圧力変動を
も引き起こし、抗力20の急激な増大と揚力21の減少
によってポンプの性能が劣化することとなり、またキャ
ビテーション気泡がインペラ6、吐出しケーシング2
a、固定翼4などの表面で崩壊すると、その表面がキャ
ビテーションの浸食作用によって損傷を受けることとな
る。
When cavitation occurs, the flow is peeled off from the surface of the impeller 6 by the growth of the cavity 18 to cause separation, which causes a vortex 19, and also causes a pressure fluctuation, which rapidly increases the drag 20 and decreases the lift 21. As a result, the performance of the pump is deteriorated, and cavitation bubbles are discharged from the impeller 6 and the discharge casing 2.
If the surface of a, the fixed wing 4 or the like collapses, the surface will be damaged by the erosion effect of cavitation.

【0014】そこで本発明においては、インペラ6の速
度が大きく、従って負圧域17の圧力が最も低くなるイ
ンペラ6の翼端の負圧域17に面して吸込ケーシング2
に空気導入口10が設けられており、空気導入口10に
連通する給気バルブ11が前記負圧域17の負圧力に応
じて開閉することで空気の流入量が制御され、この空気
は空気通路9を経て空気導入口10から図2及び図3の
矢印22で示すようにインペラ6の負圧域17へ流入
し、蒸気圧より低い部分をなくしてキャビテーションの
発生が防止される。
Therefore, in the present invention, the suction casing 2 faces the negative pressure area 17 at the blade tip of the impeller 6 where the speed of the impeller 6 is high and therefore the pressure in the negative pressure area 17 is the lowest.
Is provided with an air introduction port 10, and an air supply valve 11 communicating with the air introduction port 10 is opened / closed according to the negative pressure in the negative pressure region 17 to control the inflow amount of air. The air flows from the air inlet 10 through the passage 9 into the negative pressure region 17 of the impeller 6 as indicated by an arrow 22 in FIGS. 2 and 3, and a portion lower than the vapor pressure is eliminated to prevent cavitation.

【0015】さらに高速でインペラ6を回転させる高速
作動域においてはキャビテーションの発生が不可避とな
るが、キャビティ18によって流れがインペラ6の表面
からはがれて剥離を起こしても、空気の導入によってイ
ンペラ6の表面をキャビティ18よりも導入空気の分だ
け圧力の高い気相で覆うことで渦19の増大を抑制し、
また渦19を後方へ移して渦抵抗及び渦による圧力変動
を低減し、抗力20の急激な増大と揚力21の減少を防
止してポンプ性能の劣化を防ぐことができ、さらにはキ
ャビテーション中に空気が導入されることでキャビテー
ション気泡の崩壊時の衝撃圧力が低減するのでキャビテ
ーションの浸食作用による機械表面の損傷を防止するこ
とができる。
Cavitation is unavoidable in a high-speed operating region where the impeller 6 is rotated at a higher speed. However, even if the flow separates from the surface of the impeller 6 due to the cavity 18, separation of the impeller 6 occurs due to the introduction of air. By suppressing the increase of the vortex 19 by covering the surface with a gas phase whose pressure is higher than that of the cavity 18 by the amount of introduced air,
In addition, the vortex 19 can be moved rearward to reduce the eddy resistance and the pressure fluctuation due to the vortex, to prevent the drastic increase of the drag force 20 and the decrease of the lift force 21 to prevent the deterioration of the pump performance. Since the impact pressure at the time of the collapse of the cavitation bubbles is reduced by introducing, it is possible to prevent the mechanical surface from being damaged by the erosion effect of the cavitation.

【0016】また、従来のポンプにおいては、インペラ
6の翼端でインペラ両面の圧力差が大きく、翼端とケー
シングの隙間からのもれがポンプの性能に大きな影響を
あたえているが、本発明によれば翼端からの空気導入に
よって負圧域17の圧力最小部から空気が流入するの
で、翼端での翼両面の圧力差が減少してケーシングとの
隙間からのもれが減少するとともに、この隙間には空気
導入口10からの空気がコアンダ効果によってケーシン
グに沿って気相膜を形成するので摩擦抵抗が減少してイ
ンペラ6の回転抗力を低減することができ、もれの減少
によって翼端渦23も減少してポンプ性能の低下が防が
れ、さらには翼端渦23に発生する渦キャビテーション
に対しても空気の導入によって前述のごとくキャビテー
ション気泡の崩壊による機械表面の損傷を防止すること
ができる。
Further, in the conventional pump, the pressure difference between the both surfaces of the impeller is large at the blade tip of the impeller 6, and leakage from the gap between the blade tip and the casing has a great influence on the performance of the pump. According to the above, since air is introduced from the minimum pressure portion of the negative pressure region 17 by introducing air from the blade tip, the pressure difference between both surfaces of the blade at the blade tip is reduced and leakage from the gap with the casing is reduced. , The air from the air inlet 10 forms a gas phase film along the casing due to the Coanda effect in this gap, so that the frictional resistance is reduced and the rotational drag of the impeller 6 can be reduced. The blade tip vortices 23 are also reduced to prevent the pump performance from being deteriorated. Furthermore, as for the vortex cavitation generated in the blade tip vortices 23, the introduction of air causes the cavitation bubbles to collapse as described above. It is possible to prevent damage of that machine surface.

【0017】さらにインペラ6を超高速で作動するには
図6に示すスーパーキャビテーティング翼を使用するこ
とができ、本発明によれば超高速での作動が可能である
ばかりでなく、低速での使用において負圧域17の圧力
が高くキャビティ18が小さい時には、空気の供給を制
御する手段(後述)によって所定の低速域で空気を導入
し、キャビティ18を大きくしてスーパーキャビテーシ
ョン状態と同様の流れを作りだして性能の低下を防ぐこ
とができ、迎角15の変化による剥離渦の発生に対して
も導入空気によって渦の増大を抑制し、また渦を後方へ
移して翼の形状抵抗を少なくし、圧力変動を防止してス
ーパーキャビテーティング翼の性能の急激な低下を防ぐ
ことができ、さらには高速での作動においてキャビテー
ション気泡の崩壊する位置に固定翼4、吐出しケーシン
グ2a等が面している場合でも空気の導入によってキャ
ビテーションの浸食による機械表面の損傷を防止するこ
とができる。
Further, in order to operate the impeller 6 at an extremely high speed, the super cavitating blade shown in FIG. 6 can be used. According to the present invention, not only the operation at an extremely high speed is possible, but also at a low speed. When the pressure in the negative pressure region 17 is high and the cavity 18 is small in use, air is introduced at a predetermined low speed region by means of controlling the supply of air (described later), and the cavity 18 is enlarged to cause the same flow as in the super cavitation state. It is possible to prevent the deterioration of performance by suppressing the increase of the vortex by the introduced air even when the separation vortex is generated due to the change of the angle of attack 15 and to move the vortex to the rear to reduce the shape resistance of the blade. The pressure fluctuation can be prevented, and the performance of the super cavitating blade can be prevented from dropping sharply, and the cavitation bubble collapses at high speed operation. Located on the fixed wing 4, by the introduction of air even when the discharge casing 2a and the like facing the damage of the machine surface by erosion of cavitation can be prevented that.

【0018】空気の供給を制御する手段は、インペラ6
の負圧域17の負圧力に応じて適量の空気が供給される
よう所定の圧力に応じて開閉する給気バルブ11を用い
ることができ、またスーパーキャビテーティング翼を使
用する場合には、前述のごとく所定の低速域で空気を導
入するために、インペラ6の回転数(速度)検出装置ま
たは吸込ケーシング2内の圧力(流速)検出装置を設
け、これらの検出信号からその使用状態での翼の特性に
応じた最適空気量を演算する装置を用いて、この演算装
置の出力信号で制御される駆動装置により、給気バルブ
11を開閉して空気供給量を調節することが好ましい。
The means for controlling the air supply is the impeller 6
The air supply valve 11 that opens and closes according to a predetermined pressure so that an appropriate amount of air is supplied according to the negative pressure in the negative pressure region 17 can be used, and when a super cavitating blade is used, In order to introduce air in a predetermined low speed range like the above, a rotational speed (speed) detecting device of the impeller 6 or a pressure (flow velocity) detecting device in the suction casing 2 is provided, and from these detection signals, the blade in the use state is provided. It is preferable to adjust the air supply amount by opening and closing the air supply valve 11 by a drive device that is controlled by an output signal of the arithmetic device, using a device that calculates the optimal air amount according to the characteristics of.

【0019】空気供給量については、気体が多く混入す
ると流体の非圧縮性が低下し、液体を作動流体とする機
械としての効率が低下するので空気の導入量には限度が
あり、この限度内でインペラ6をさらに高速作動させる
場合には、コンプレッサー等によって大気圧より高圧の
空気を供給し、空気導入口10の断面積を小さくして少
量でかつ高速の空気を噴射することによって、さらに高
速域での作動が可能となり、コンプレッサー等の運転制
御により空気の供給を制御することができる。
Regarding the air supply amount, if a large amount of gas is mixed, the incompressibility of the fluid will decrease, and the efficiency as a machine using a liquid as a working fluid will decrease, so there is a limit to the amount of air that can be introduced. When the impeller 6 is operated at a higher speed, the air is supplied at a pressure higher than the atmospheric pressure by a compressor or the like, the cross-sectional area of the air inlet 10 is reduced, and a small amount of high speed air is injected to further increase the speed. It becomes possible to operate in the region, and the air supply can be controlled by controlling the operation of the compressor and the like.

【0020】以上のごとく本発明の高速回転翼装置は高
速作動によって生じるキャビテーションによる性能の低
下を防止して、より高速で使用することができるので、
ポンプを高速化することによって小型軽量で重量当たり
流量を大きくでき、ガスタービン等の高速の原動機で減
速装置を介さずに作動させることができ、装置全体の大
幅な小型軽量化が可能となるので、例えば船舶のウォー
タジェット推進装置用のポンプ等に利用すれば推進装置
の高速軽量化によって船艇の高速性能を向上することが
できる。
As described above, the high-speed rotor device of the present invention can be used at a higher speed because it can prevent the performance from being deteriorated by cavitation caused by high-speed operation.
By increasing the speed of the pump, it is small and lightweight, and the flow rate per weight can be increased, and it can be operated by a high-speed prime mover such as a gas turbine without going through a speed reducer, making it possible to greatly reduce the size and weight of the entire device. For example, when it is used as a pump for a water jet propulsion device of a ship, the high speed performance of the ship can be improved by reducing the speed and weight of the propulsion device.

【0021】なお、本実施例は軸流ポンプの例を示した
が、斜流ポンプや遠心ポンプにも本発明を適用すること
ができ、これらの流体機械の高速化に有効であり、さら
には低速で使用する流体機械であっても回転翼が大きな
荷重を受ける場合にはキャビテーションが発生しやす
く、流入液体の圧力変動による一時的または周期的なキ
ャビテーションの発生を防いで機械の損傷を防止し、耐
用期間を延長することができるので、キャビテーション
に対する安全保護装置としても有効に利用することがで
きる。
Although this embodiment shows an example of an axial flow pump, the present invention can be applied to a mixed flow pump and a centrifugal pump, which is effective for increasing the speed of these fluid machines, and further, Even in a fluid machine used at a low speed, cavitation is likely to occur when the rotor blade receives a large load, and temporary or periodic cavitation due to pressure fluctuation of the inflowing liquid is prevented to prevent machine damage. Since the service life can be extended, it can be effectively used as a safety protection device against cavitation.

【0022】図4は本発明の他の実施例の船外機の側面
図及び一部プロペラケーシングの断面を示しており、図
5は空気導入口の他の実施例を示す断面図である。
FIG. 4 shows a side view of an outboard motor of another embodiment of the present invention and a cross section of a part of a propeller casing, and FIG. 5 is a cross sectional view showing another embodiment of an air inlet.

【0023】この実施例は本発明の高速回転翼装置を舶
用プロペラに適用した船外機の例であり、船外機25は
ドライブシャフトハウジング26の上部にエンジン(図
示せず)が搭載され、下部にはギアケース27とさらに
その下部にスケグ28が接合されており、ギアケース2
7にはプロペラ6aを結合したプロペラシャフト29が
回転可能に支持されており、エンジンの回転駆動力がド
ライブシャフトハウジング26内のドライブシャフト3
0によってプロペラシャフト29に傘歯車31を介して
伝達されプロペラ6aを回転させて推進力が得られる。
This embodiment is an example of an outboard motor in which the high-speed rotor device of the present invention is applied to a marine propeller, and the outboard motor 25 has an engine (not shown) mounted on a drive shaft housing 26. A gear case 27 is joined to the lower portion, and a skeg 28 is further joined to the lower portion thereof.
A propeller shaft 29, to which a propeller 6a is coupled, is rotatably supported on the drive shaft 7, and the rotational driving force of the engine drives the drive shaft 3 in the drive shaft housing 26.
0 is transmitted to the propeller shaft 29 via the bevel gear 31 to rotate the propeller 6a, and a propulsive force is obtained.

【0024】プロペラ6aには、その外周にプロペラガ
ードを形成するプロペラケーシング2bが設けられ、こ
のプロペラケーシング2bはドライブシャフトハウジン
グ26の一部26aとスケグ28の下端部28aとをそ
れぞれ略水平に後方に突出させた部分に接合して支持さ
れており、プロペラケーシング2bの内周面にはプロペ
ラ6aの翼端の周りを囲むように空気導入口10が設け
られており、この空気導入口10はプロペラケーシング
2bの断面内を周回する空気通路9に連通し、空気通路
9はドライブシャフトハウジング突出部26a内に設け
られたハウジング空気通路32を経て給気バルブ11に
連通しており、給気バルブ11はドライブシャフトハウ
ジング26内に形成されているエンジン排気通路33に
面して設けられており、エンジンの排気がエンジン排気
通路33から図4の矢印34で示すようにプロペラハブ
排気通路35に導かれて排気口36から機外へ排出され
る。
The propeller 6a is provided with a propeller casing 2b which forms a propeller guard on the outer periphery thereof. The propeller casing 2b is arranged so that a part 26a of the drive shaft housing 26 and a lower end 28a of the skeg 28 are rearward substantially horizontally. The propeller casing 2b is provided with an air introduction port 10 provided so as to surround the wing tip of the propeller 6a on the inner peripheral surface of the propeller casing 2b. It communicates with an air passage 9 that circulates in the cross section of the propeller casing 2b, and the air passage 9 communicates with an air supply valve 11 via a housing air passage 32 provided in a drive shaft housing protrusion 26a. 11 is provided facing the engine exhaust passage 33 formed in the drive shaft housing 26. Ri, the engine exhaust gas is exhausted from the exhaust port 36 is guided to the propeller hub exhaust passage 35 as indicated by arrows 34 in FIG. 4 from the engine exhaust passage 33 to the outside.

【0025】プロペラ6aが回転駆動されるとプロペラ
6aの背面に負圧が生じ、この負圧域に面して設けられ
ている空気導入口10に連通する給気バルブ11が前記
負圧に応じて開き、エンジン排気通路33内の排気がハ
ウジング空気通路32及び空気通路9を経て空気導入口
10から図4の矢印37で示すようにプロペラ6aの翼
端から負圧域へ流入し、蒸気圧より圧力の低い部分をな
くしてキャビテーションの発生を防止する。
When the propeller 6a is rotationally driven, a negative pressure is generated on the back surface of the propeller 6a, and the air supply valve 11 communicating with the air introduction port 10 provided facing this negative pressure region responds to the negative pressure. The exhaust gas in the engine exhaust passage 33 flows through the housing air passage 32 and the air passage 9 from the air inlet 10 into the negative pressure region from the blade tip of the propeller 6a as shown by an arrow 37 in FIG. Prevents cavitation by eliminating the lower pressure area.

【0026】船外機25をさらに高速で作動させると、
プロペラ6aの回転と流入水38との相対速度が増大し
てキャビテーションの発生が不可避となり、従来のプロ
ペラ推進装置においては、プロペラ6aの負圧域に発生
したキャビティによって水の流れがプロペラ6a表面か
ら剥離して渦を生じさせ、プロペラ6aの形状抵抗が急
激に増大して推進効率が低下し、キャビテーション気泡
がプロペラ6aの表面で崩壊すると、その表面が浸食さ
れて損傷し、騒音や振動を引き起こすこととなるが、本
実施例では、エンジンの排気が空気導入口10からプロ
ペラ6aの負圧域に導入されるため、プロペラ6aの表
面を導入された排気の分だけ圧力の高い気相で覆うこと
で剥離による渦の増大を抑制し、また渦を後方へ移して
渦抵抗及び渦による圧力変動を低減し、プロペラ6aの
形状抵抗の急激な増大を防止して推進効率の低下を防ぐ
ことができ、さらには気相で覆われた部分の摩擦抵抗が
大幅に減少するのでプロペラ6aの回転抗力が低減して
軸動力の効率を高めることができ、またキャビテーショ
ン気泡の崩壊時の衝撃圧力を低減してキャビテーション
の浸食作用によるプロペラ6a表面の損傷を防ぎ、騒音
や振動の発生も防止することができる。
When the outboard motor 25 is operated at a higher speed,
The relative speed between the rotation of the propeller 6a and the inflow water 38 increases, and the occurrence of cavitation becomes unavoidable. In the conventional propeller propulsion device, the water flow from the surface of the propeller 6a due to the cavity generated in the negative pressure region of the propeller 6a. When the cavitation bubbles collapse on the surface of the propeller 6a, the surface resistance of the propeller 6a sharply increases and the propulsion efficiency decreases, and the surface is eroded and damaged, causing noise and vibration. However, in this embodiment, since the exhaust gas of the engine is introduced from the air introduction port 10 into the negative pressure region of the propeller 6a, the surface of the propeller 6a is covered with a gas phase having a high pressure by the amount of the introduced exhaust gas. This suppresses the increase of vortices due to separation, and also moves the vortices rearward to reduce vortex resistance and pressure fluctuations due to vortices, and thus the shape resistance of the propeller 6a is sharply increased. It is possible to prevent a large amount and prevent a decrease in propulsion efficiency. Further, since the frictional resistance of the portion covered with the gas phase is greatly reduced, the rotational drag of the propeller 6a is reduced and the efficiency of the shaft power can be improved. It is also possible to reduce the impact pressure when the cavitation bubbles collapse, to prevent damage to the surface of the propeller 6a due to the cavitation erosion action, and to prevent noise and vibration.

【0027】さらに超高速で船外機25を作動させるた
め図6に示すスーパーキャビテーティング翼を使用する
ことができ、船外機はプロペラ6aの後流中に船尾や舵
などが存在しないのでスーパーキャビテーション状態で
の高速航行に適しており、従来の船外機においては、低
速域でスーパーキャビテーション状態とならずプロペラ
6aの性能がきわめて劣化するという問題があるが、本
実施例では、空気の供給を制御する手段によって低速域
でエンジンの排気を導入し、キャビティを大きくしてス
ーパーキャビテーション状態と同様の流れを作りだし、
プロペラ6aの性能の劣化を防ぐことができ、迎角の変
化による剥離渦の発生に対しても導入排気によって渦の
増大を抑制してプロペラ6aの形状抵抗を少なくし、圧
力変動を防止してプロペラ6aの性能の低下を防止する
ことができ、従って排気の導入を最適制御することで超
高速から低速まで使用状態を変化させても性能が急激に
低下することのない超高速プロペラ推進装置を得ること
ができる。
In order to operate the outboard motor 25 at an extremely high speed, the super cavitating wing shown in FIG. 6 can be used. Since the outboard motor has no stern or rudder in the wake of the propeller 6a, the It is suitable for high speed navigation in a cavitation state, and in the conventional outboard motor, there is a problem that the performance of the propeller 6a does not become super cavitation state at a low speed range and the performance of the propeller 6a is extremely deteriorated. By introducing the exhaust of the engine in the low speed range by means of controlling the
It is possible to prevent the performance of the propeller 6a from deteriorating, suppress the increase in the vortex even when the separation vortex is generated due to the change in the angle of attack, reduce the shape resistance of the propeller 6a, and prevent the pressure fluctuation. It is possible to prevent the performance of the propeller 6a from deteriorating. Therefore, by optimally controlling the introduction of the exhaust gas, an ultra-high speed propeller propulsion device that does not drastically reduce the performance even when the operating condition is changed from ultra-high speed to low speed is provided. Obtainable.

【0028】空気の供給を制御する手段は、本実施例で
はエンジン排気通路33からエンジンの排気を給気バル
ブ11の開閉を制御して導入するのでエンジンの排気圧
を利用でき、エンジン回転数の変化に応じて、例えばエ
ンジン回転数検出装置、船艇速度及び加速度検出装置、
プロペラの使用状態に応じて最適空気量を演算する装
置、電磁比例給気バルブなどを設けて航走状態に適した
給気を電子制御することが好ましく、さらに高圧の給気
を必要とする場合には、ドライブシャフト30に連動す
るポンプ等を設けてエンジン排気または大気を昇圧して
供給することができる。
In the present embodiment, the means for controlling the supply of air introduces the engine exhaust from the engine exhaust passage 33 by controlling the opening / closing of the air supply valve 11, so that the exhaust pressure of the engine can be utilized and the engine speed can be controlled. Depending on the change, for example, an engine speed detection device, a boat speed and acceleration detection device,
It is preferable to electronically control the air supply suitable for the cruising condition by providing a device that calculates the optimum air amount according to the usage state of the propeller, an electromagnetic proportional air supply valve, etc., and when higher pressure air supply is required. Is provided with a pump or the like that works with the drive shaft 30, and the engine exhaust or the atmosphere can be pressurized and supplied.

【0029】空気導入口10は、図4に示されるごとく
スリット状にプロペラケーシング2bの内面全周にわた
って開口していることが望ましいが、航走によるプロペ
ラケーシング2bの抵抗を少なくするためにケーシング
の断面をできる限り小さくする場合には、空気導入口1
0を図5に示すごとく所定の間隔で配置された小孔10
aにすることでプロペラケーシングの強度を確保するこ
とができ、またプロペラケーシングの断面形状を図5の
ごとくスーパーキャビテーティング翼形にすれば高速航
行時にプロペラケーシング2cの外周はスーパーキャビ
テーション状態となり摩擦抵抗が大幅に減少して推進効
率を向上させることができる。
It is desirable that the air inlet 10 is opened in a slit shape over the entire inner surface of the propeller casing 2b as shown in FIG. 4, but in order to reduce the resistance of the propeller casing 2b due to traveling, the casing is not covered. When making the cross section as small as possible, the air inlet 1
0 as shown in FIG. 5, small holes 10 arranged at predetermined intervals
By making it a, it is possible to secure the strength of the propeller casing, and if the cross-sectional shape of the propeller casing is made into a super cavitating airfoil as shown in FIG. Can be significantly reduced and the propulsion efficiency can be improved.

【0030】なお、本実施例では本発明の高速回転翼装
置を舶用プロペラとして船外機に適用した例を示した
が、船尾管による通常型シャフトドライブのプロペラ推
進装置にも適用することができ、この場合にはプロペラ
後流中の船尾や舵などがキャビテーションの浸食作用に
よって損傷するのを防ぐことができ、騒音や振動の発生
も防止することができる。
In this embodiment, the high-speed rotary blade device of the present invention is applied to an outboard motor as a marine propeller, but it can also be applied to a propeller propulsion device of a normal type shaft drive using a stern tube. In this case, it is possible to prevent the stern, rudder, etc. in the wake of the propeller from being damaged by the erosion effect of cavitation, and it is possible to prevent the generation of noise and vibration.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、回転翼の高速作動で生
じるキャビテーションによって翼の性能が急激に低下す
るのを防止して、翼を高速回転させることができ、従っ
て流体機械の高速化によって機械を小型軽量にすること
ができ、さらに高速の原動機で減速装置を介さずに作動
することが可能となるので装置全体を大幅に小型軽量化
することができる。
According to the present invention, it is possible to prevent the blade performance from rapidly deteriorating due to cavitation caused by the high speed operation of the rotor blade, and to rotate the blade at a high speed. The machine can be made smaller and lighter, and the machine can be operated by a high-speed prime mover without a speed reducer, so that the entire apparatus can be made significantly smaller and lighter.

【0032】また、スーパーキャビテーティング翼のよ
うに使用状態による性能の変化が大きい翼形を用いるこ
とができ、空気の供給を制御することで使用状態の変化
による性能の急激な劣化を防止して、使用範囲を狭める
ことなく流体機械を超高速化することができる。
Further, it is possible to use an airfoil such as a super cavitating blade whose performance changes greatly depending on the use condition, and by controlling the supply of air, it is possible to prevent a sharp deterioration of the performance due to the change of the use condition. It is possible to speed up the fluid machine without narrowing the range of use.

【0033】また、流体機械の高速作動によってキャビ
テーションが生じても、空気の導入によってキャビテー
ションの浸食作用による機械の損傷を防ぐことができ、
騒音や振動の発生も防止することができる。
Further, even if cavitation occurs due to high speed operation of the fluid machine, introduction of air can prevent damage to the machine due to erosion of the cavitation.
The generation of noise and vibration can also be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の軸流ポンプ1の断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an axial flow pump 1 according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示される軸流ポンプ1に設けられた空気
導入口10の断面図である。
2 is a cross-sectional view of an air inlet 10 provided in the axial flow pump 1 shown in FIG.

【図3】図2の鎖線A−Aに沿うインペラ6の断面図で
ある。
3 is a cross-sectional view of the impeller 6 taken along the chain line AA in FIG.

【図4】本発明の他の実施例の船外機25の一部を破断
して示す側面図である。
FIG. 4 is a side view showing a partial cutaway view of an outboard motor 25 according to another embodiment of the present invention.

【図5】図4に示される船外機25に設けられた空気導
入口10の他の実施例を示す断面図である。
5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the air introduction port 10 provided in the outboard motor 25 shown in FIG.

【図6】先行技術のスーパーキャビテーティング翼の断
面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a prior art super cavitating wing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 軸流ポンプ 2 吸込ケーシング 2a 吐出しケーシング 2b プロペラケーシング 6 インペラ 6a プロペラ 9 空気通路 10 空気導入口 11 給気バルブ 15 迎角 16 正圧域 17 負圧域 18 キャビティ 19 渦 25 船外機 1 Axial flow pump 2 Suction casing 2a Discharge casing 2b Propeller casing 6 Impeller 6a Propeller 9 Air passage 10 Air inlet 11 Air supply valve 15 Angle of attack 16 Positive pressure area 17 Negative pressure area 18 Cavity 19 Vortex 25 Outboard motor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体中で回転翼を作動させる流体機械に
おいて、回転翼の周りを囲むケーシングに該回転翼の負
圧域に面する空気導入口が設けられており、該空気導入
口は前記回転翼の負圧域への空気の供給を制御する手段
を備えていることを特徴とする高速回転翼装置。
1. A fluid machine for operating a rotating blade in a liquid, wherein a casing surrounding the rotating blade is provided with an air introducing port facing a negative pressure region of the rotating blade, and the air introducing port is the above-mentioned. A high-speed rotary blade device comprising means for controlling the supply of air to the negative pressure region of the rotary blade.
JP11061494A 1994-04-12 1994-04-12 High speed rotary blade device Pending JPH07279894A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7115007B2 (en) * 2000-11-08 2006-10-03 Emea Investment Management, Llc Stern unit for marine craft
JP2011098711A (en) * 2009-11-06 2011-05-19 Solas Science & Engineering Co Ltd Propulsion system for ship
CN102951279A (en) * 2011-08-17 2013-03-06 林瑞麟 Method for increasing thrust for water jet propulsion unit

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