JPH08502705A - 船舶を推進させるためのエンジン及びこれに使用する可撓性継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 船舶を推進させるためのエンジンはエンジンのスラスト軸受とプロペラに連結したシャフトセグメント（３）との間に装着された可撓性継手（１）を有する。長方形のロッド（１０）は継手の２つの中空シャフトセグメント（４、５）を相互連結して、シャフトシステム内の軸方向のスラストカがロッド（１０）を介して伝達されるようにし、エンジンのトルクは可撓性部材（１５）を介して伝達される。ロッド（１０）及び可撓性部材（１５）はエンジンにより発生せしめられた捩り振動を伝達しない。この可撓性継手により、シャフトシステムは、その寸法か短くても十分大きな可撓性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 船舶を推進させるためのエンジン及びこれに使用する可撓性継手 本発明は船舶を推進させるためのエンジンに関し、このエンジンはそのクラン クシャフトに接続したプロペラシャフトと、軸方向に向いた圧縮及び引張り力を 支えるスラスト軸受と、エンジンのトルクを伝達できるがエンジンの捩り振動を まったく又は殆ど伝達しない可撓性継手とから成る。 可撓性継手がスラスト軸受を介してプロペラシャフトに接続した減速装置とク ランクシャフトとの間に配置されているような４ストローク中速エンジンは既知 である。 船舶用の推進エンジンにおいてかなり重要なことは、クランクシャフトに接続 した素子（例えば、中間シャフト、プロペラシャフト、ギヤ）に生じる捩り振動 を制御できるようにすることである。捩り振動は、実質上、エンジン運転中にク ランクシャフトに対するコネクティングロッドのジャーナル部において生じる接 線方向の可変の力により発生せしめられる。 従って、捩り振動の振動数及び振幅はエンジンのシリンダの数及びクランクシ ャフトの回転速度により左右される。エンジン装置のシャフトシステムの損傷を 阻止するため、従来は、シャフトシステムにおける捩り応力に対する依存限界値 として第１及び第２の上限回転数（ｒ．ｐ．ｍ．）を決定していた。第２の上限 値を越えることは許されないが、限界値を越える回転の間隔（インターバル）に 対して、エンジンが連続作動できないようにする所謂禁止（barred）速度レンジ を導入した場合は、第１の上限値を越えることが許される。回転数がＭＣＲ（最 大連続定格）の８０％以上になったときは、捩り応力が第１上限値を越えること ができないようにしてもよい。 原則として、既知のシャフトシステムは以下の３つのいずれかの方法で設計さ れる。 （イ）適当な長さの中間シャフトを使用することによりシャフトシステムを長 い寸法に構成し、高強度材料のシャフトを使用することによりシャフトの直径を 適当な小ささに保つ。シャフトシステムの寸法が長く、シャフト径が小さいので 、シャフトシステムは比較的撓み易く、シャフトシステムの捩り振動の共鳴振動 数をエンジンのＭＣＲ点の８０％以下に下げ、共鳴振動数付近の捩り応力を第２ 上限値以下に下げる。この解決策の欠点は、エンジンが禁止速度レンジを有する こと、及び、長いシャフトシステムのための設置余地を残すためにエンジンを船 舶の比較的前方に配置しなければならず、荷積みに利用できるスペースが減少し てしまうこと等である。 （ロ）シャフトシステムの捩り振動の共鳴振動数がエンジンのＭＣＲ点の近傍 となるように、シャフトシステムを比較的短く剛直なものとして構成する。しか し、この場合、共鳴振動数付近の捩り応力が第２上限値を越えることがあるので 、応カレベルをこの上限値以下に減少させ、エンジンがＭＣＲ点近傍の禁止速度 レンジを有するように、エンジンに適当な寸法の捩り振動減衰器を装着するか、 又は、応力レベルを第１上限値以下に下げるようにエンジンに捩り振動減衰器を 装着する必要がある。 （ハ）シャフトシステムを比較的短い寸法に構成し、シャフトシステムの臨界 共鳴振動数がＭＣＲ点の約４０−５０％となるようにシャフトの直径を大きくす る。 上記解決策（ロ）、特に解決策（ハ）に関しては、シャフトシステムが剛直な ので、プロペラに伝達されプロペラに不当な振動を生じさせる捩り振動により、 トルク変化が発生してしまう。上記解決策（ハ）では、トルク変化は平均トルク の約５０％に達してしまうこともある。トルク変化が生じると、シャフトシステ ム内にプロペラを刺激する不当な軸方向の振動が発生する。 本発明の目的は、適当に長さが小さく適当に可撓性のシャフトシステムを提供 することにより上述の諸欠点を解決することである。 上記目的に鑑み、本発明に係るエンジンの特徴とするところは、軸方向の圧縮 及び引張り力を伝達できるがエンジンのトルク影響に対して実質上降伏する少な くとも１つの部材と一緒に、可撓性継手をプロペラとスラスト軸受との間に配置 したことである。 簡単のため、以下、圧縮及び引張り力を伝達する部材（実際は圧縮力及び引張 り力の双方を伝達できる部材）を「スラスト伝達部材」と称する。 可撓性継手のスラスト伝達部材は、２ストロークエンジンではクランクシャフ トの後端に通常位置するスラスト軸受より船尾側での継手の配置を可能にする。 スラスト伝達部材も可撓性継手もエンジンからシャフトシステムヘ顕著な捩り振 動を伝達しないので、捩り振動をほとんど気にせずにプロペラシャフト及び任意 の中間シャフトを設計できる。従って、極めて短いシャフト設置寸法で、上述の 解決策（イ）に関連して説明した極めて長く細いシャフトシステムと同じ可撓性 を得ることができる。短いシャフトシステムの利点とは別に、本発明はまた、エ ンジンが禁止速度レンジを持たなくてもよいという利点をも与える。 本発明は特に、４ないし７個のシリンダを有する２ストローク低速エンジンに 適用できる。その理由は、このようなエンジンの捩り振動の最低固有振動数がシ リンダの数に対応するエンジンの調和的種類の捩り振動により刺激を受けるから である。これは、このような数のシリンダを有するエンジンに対しては、シャフ トの振動に関する問題が特に顕著になることを意味する。本発明はまた、８個又 はそれ以上のシリンダを有するエンジンにも応用できる。その理由は、この場合 、他の種類の共鳴がシャフトシステムの固有振動数を刺激するからである。 構造が簡単な実施例においては、スラスト伝達部材はプロペラシャフトより実 質上小さな直径を有する長方形のロッドにより構成され、このロッドの両端は２ つのシャフトセグメント（これらセグメントの間に可撓性継手が装着される）に 剛直に連結されている。ロッドの直径が小さいため、ロッドは撓み易く、トルク 影響に対して降伏できる。軸方向に向いた圧縮力がロッドを介して一方のシャフ トセグメントから他方のシャフトセグメントヘ伝達されるので、可撓性継手にお ける軸方向の圧縮力は緩和される。 力及びモーメントの最適な伝達を実現することを特徴とする実施例においては 、可撓性継手の可撓性部材はプロペラシャフトと実質上同じ外径を有する中空の シャフトセグメントに担持された２つのフランジ間に装着され、長方形のロッド は中空シャフトセグメントの内部でプロペラシャフトと同軸的に装着される。長 方形のロッドが中央で装着されているので、軸方向に向いた圧縮力はロッドに曲 げモーメントを発生させずに伝達され、発生したトルクによるロッドの変形は最 少と なり、回転軸から一定距離だけ隔てての中空シャフトセグメントの位置決めによ り、これらのシャフトセグメントが適当にトルクを伝達できる。更に、可撓性継 手は、その長方形のロッドが中空シャフトセグメントの内部に装着されているた め、コンパクトな構造となる。ロッドは更に、これを損傷させるようなブロー（ 吹出し）等に対して十分に保護される。 好ましくは、可撓性継手の可撓性部材を担持する２つのシャフトセグメントは 軸方向で互いに対面した圧力表面をそれぞれ備え、通常の作動時には、スラスト 伝達部材は２つの圧力表面間にエアギャップを残すように２つのシャフトセグメ ントを軸方向で離間させた状態に維持する。シャフトセグメントの圧力表面が軸 方向で離間しているので、圧力表面は２つのシャフトセグメント間の比較的小さ な相対回転運動により摩耗しない。スラスト伝達部材が故障した場合、軸方向に 向いたスラスト力が２つの圧力表面を互いに当接させ、その結果、船舶の推進の 際、スラスト力は圧力表面を介して一方のシャフトセグメントから他方のシャフ トセグメントへ直接伝達される。従って、スラスト伝達部材が故障しても、船舶 はある期間だけ推進し続けることができ、その間に部材を交換できる。 スラスト伝達部材が故障した場合にもエンジンが船舶を前進及び後進できるよ うにするのが望ましいので、エンジンの設計においては、円周方向に沿って分布 した数個の固定ボルトが一方のシャフトセグメントに取り付けられ、各ボルトが 他方のシャフトセグメントのフランジに設けた関連する穴をこれと接触せずに貫 通するシャンク部分を備え、フランジの外側の各シャンク部分の端部には、関連 する穴を越えて突出するカラーが形成される。スラスト伝達部材が故障したとき 、船舶を一方向に推進させる場合は、軸方向の圧力は圧力表面を介して伝達され 、船舶を反対方向に推進させる場合は、第２シャフトセグメントのフランジが固 定ボルトのカラーに接触し、軸方向の圧力がカラー及びシャンク部分を介して第 ２シャフトセグメントから第１シャフトセグメントへ伝達される。 好ましくは、軸方向で互いに対面して位置した圧力表面と、互いに対面したカ ラー及び第２シャフトセグメントのフランジの表面とは、粗面とならないように 機械加工され、スラスト伝達部材の故障時に接触する表面の摩耗を制限し、緊急 作動を可能にする時間期間を延長（増大）させる。 本発明は更に、上述の型式のエンジンのための可撓性継手に関し、この可撓性 継手においては、可撓性継手の可撓性部材を担持する２つのシャフトセグメント は、２つのシャフトセグメントを軸方向において離間した状態で保持し発生トル クの影響を実質上伝達せずに通常の作動中に発生した軸方向の圧縮及び引張り力 を伝達できる少なくとも１つの部材により、相互連結される。 上述の理由により、スラスト伝達部材は２つのシャフトセグメント内の中空空 間にこれと同軸に装着された長方形のロッドから成り、このロッドは２つのシャ フトセグメントの外径より実質上小さな直径を有する。 以下、本発明の実施例を添付図面を参照して更に詳細に説明する。 第１図は本発明に係る可撓性継手の軸方向断面図、 第２図は継手に装着した固定ボルトの拡大側面図、 第３図は第２図のIII−III線における断面部分図、 第４図は中空シャフトセグメントに装着した長方形ロッドの軸方向断面図、 第５図は第４図のシャフトセグメントの中央部分の端面図である。 第１図は可撓性継手１を示し、この可撓性継手はスラスト軸受より船尾側のエ ンジンの回転ホイール２と中間シャフト又はプロペラシャフト３との間に装着さ れている。継手はボルト止め用フランジ６をそれぞれ備えた第１シャフトセグメ ント４と第２シャフトセグメント５とから成り、これらのフランジは対応する穴 に固定されたボルト７により回転ホイール及びシャフト３の対応するフランジセ グメントにそれぞれボルト止めされている。 ロッド１０はシャフトセグメント４、５の中央中空空間内に位置し、ロッドの 両端にそれぞれ一体的に形成された連結フランジ１１はボルト１２によりシャフ トセグメント４、５にそれぞれボルト止めされている。図を明瞭にするため、第 １図にはボルト１２を示さないが、第４、５図に示すように、フランジ１１は数 個（例えば、６個）のボルト１２により対応するシャフトセグメントにボルト止 めされている。セットピン１３はフランジ１１及びこれに関連するシャフトセグ メントの対応した穴内に挿入され、シャフトセグメントに関するフランジの完全 固定を保証する。第２シャフトセグメント５は連結フランジ１１を固定する端部 セグメント１４を具備する。端部セグメント１４は他の継手部品を引き離すこと なくロッドを中央中空空間から取り出すことを可能にする。 継手１はそれ自体既知の可撓性部材１５を備え、ＲＡＴＯ型の所謂バルカン継 手でよい。この可撓性部材はスチール製のキャリヤ板１７、１８に取り付けた加 硫ゴム１６で構成することができる。これらのキャリヤ板は対応するキャリヤフ ランジ１９、２０に装着され、これらのキャリヤフランジはその円周方向に等間 隔で位置した数個のボルト２１、２２により第１及び第２シャフトセグメントに 剛直に連結されている。キャリヤフランジは共に中実でもよいし、一方のキャリ ヤフランジがボルト２４により内側フランジセグメントと外側フランジセグメン トとの間に取り付けられた補助の可撓性部材２３を具備してもよい。 環状のスラスト部材２５はボルト２６及びセットピン２７により第２シャフト セグメント５に関して固定されている。このスラスト部材は外方へ突出したカラ ー２８を有し、その外周には粗目の歯部が形成され、この歯部は、通常の作動中 第１シャフトセグメントと第２シャフトセグメントとの間に生じる相対回転運動 より大きな遊びを伴って、キャリヤ板１８と第１シャフトセグメントのキャリヤ フランジ１９との間で剛直に固定された環状板部分２９の半径方向内側のリムに 沿って設けた対応する歯部に係合する。板部分２９及びカラー２８は可撓性部材 １５、２３が破損した場合にトルクを伝達するための緊急駆動子として作用する 。 第２図から明らかなように、スラスト部材２５はキャリヤフランジ１９の圧力 表面３１に対して軸方向て対面する軸方向に向いた圧力表面３０を有する。これ ら２つの圧力表面は平坦で円周方向に沿って延び、互いに平行に位置する。円周 方向に沿って配置した数個の固定ボルト３２がスラスト部材のネジ穴３３に螺入 されている。各固定ボルトはキャリヤフランジ１９に設けた穴３５をこれと接触 せずに貫通するシャンク部分３４を有し、この穴は、スラスト部材２５とフラン ジ１９との間に通常生じる相対回転運動中にシャンク部分３４が穴のリムに接触 しないような円周方向寸法を有する。固定ボルトは更に、穴３５のリムを越えて 半径方向に突出するカラー３６を有する。フランジ１９に対面するカラー３６の 側面はフランジ１９の穴３５の回りに位置する対向側面に平行に延びる。 シャンク部分３４の長さはフランジ１９の厚さより大きく、スラスト部材２５ 及びロッド１０の軸方向長さは、可撓性継手を組立てたときに、圧力表面３０、 ３１間にエアギャップ３７を形成させカラー３５とキャリヤフランジ１９との間 にエアギャップ３８を形成させるように、選定されている。従って、継手の通常 の作動期間中、スラスト部材２５とボルト３２との間、及びスラスト部材とキャ リヤフランジ１９との間に摩擦は生じない。スラストロッドが破断又は変形によ り破損してロッドの長さが変化した場合、シャフトの軸方向圧力が圧力表面３０ 、３１を介して第１シャフトセグメントから第２シャフトセグメントヘ伝達され るか、又はフランジ１９及びボルト３２からスラスト部材２５へ伝達される。ス ラスト部材２５を第２シャフトセグメント５と一体的に形成してもよいこと及び （又は）固定ボルト３２を別の位置に配置してもよいことは明らかである。また 、圧力表面及び固定ボルトを完全に省略することもできるが、この場合、可撓性 継手が故障したときには、エンジンを停止させる必要がある。スラスト伝達部材 も別の方法で構成することができる。例えば、シャフトの回転軸から一定の距離 だけ離間した円周方向の位置に分布した数個の極めて屈曲し易い可撓性ロッドを 使用してもよい。軸方向に延びる通気開口を可撓性部材に設けた場合は、スラス トロッドをこれらの開口を通して適当に貫通させ、キャリヤフランジ１９、２０ に装着するとよい。代わりに、可撓性部材及びスラスト伝達部材を一緒に合体し 、円周方向に等間隔で分布し２つのキャリヤフランジ１９、２０に取り付けられ た数個の軸方向に延びる板バネとして形成してもよい。 可撓性部材１５は普通複数のセクターに分割され、円周方向において所望の可 撓性を提供する。可撓性部材及びスラスト伝達部材の寸法及び構造は実際に選ん だエンジンにおいて生じる力及びモーメントに適合するように選定する。 プロペラシャフトに直接連結された４ストロークエンジンに本発明を適用した 場合も、２ストロークエンジンに関連して上述した利点と同じ利点が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤコブセン，マルティン デンマーク王国デーコー―2300 コペンハ ーゲン・エス，トルスハヴンスガーデ 20

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 船舶を推進させるためのエンジンであって、エンジンのクランクシャフト に連結したプロペラシャフト（３）と、軸方向に向いた圧縮及び引張り力を支え るためのスラスト軸受と、エンジンのトルクを伝達できるがエンジンの捩り振動 はまったく又は殆ど伝達しない可撓性継手（１）とから成るエンジンにおいて、 上記可撓性継手（１）が、軸方向の圧縮及び引張り力を伝達できるがエンジン のトルク影響に対して実質上降伏する少なくとも１つの部材（１０）と一緒に、 プロペラと上記スラスト軸受との間に配置されていることを特徴とするエンジン 。 ２． 請求の範囲第１項に記載のエンジンおいて、エンジンが、少なくとも４つ のシリンダ、好ましくは７個より少ない数のシリンダを有する２ストローク低速 エンジンであることを特徴とするエンジン。 ３． 請求の範囲第１項又は第２項に記載のエンジンおいて、上記の部材即ちス ラスト伝達部材が上記プロペラシャフト（３）より実質上小さな直径を有する長 方形のロッド（１０）から成り、このロッドの両端（１１）が上記可撓性継手を 間に装着する２つのシャフトセグメント（２、３）の１つずつにそれぞれ剛直に 連結されていることを特徴とするエンジン。 ４． 請求の範囲第３項に記載のエンジンにおいて、上記可撓性継手（１）の可 撓性部材（１５）が上記プロペラシャフト（３）と実質上同じ外径を有する中空 シャフトセグメント（４、５）に担持された２つのフランジ（１９、２０）間に 装着されており、上記長方形のロッド（１０）が上記中空シャフトセグメントの 内部で当該プロペラシャフトと同軸的に装着されていることを特徴とするエンジ ン。 ５． 請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のエンジンにおいて、上 記可撓性継手（１）の可撓性部材（１５）を担持する２つのシャフトセグメント （４、５）が軸方向で互いに対面した圧力表面（３０、３１）をそれぞれ備え； 通常の作動時に、上記部材即ちスラスト伝達部材（１０）が、上記圧力表面間に エアギャップ（３７）を生じさせるように、上記２つのシャフトセグメントを離 れた状態に保持することを特徴とするエンジン。 ６． 請求の範囲第５項に記載のエンジンにおいて、円周方向に分布した数個の 固定ボルト（３２）が一方の上記シャフトセグメント（５、２５）に取り付けら れていて、シャンク部分（３４）を有し、当該各シャンク部分が、他方の上記シ ャフトセグメント（４）のフランジ（１９）に設けた対応する穴（３５）をこれ と接触せずに貫通し、かつ、この穴の軸方向長さより大きな長さを有し；上記フ ランジの外側の上記シャンク部分（３４）の端部において、上記各ボルトが対応 する上記穴（３５）を越えて突出したカラー（３６）を有することを特徴とする エンジン。 ７． 請求の範囲第６項に記載のエンジンにおいて、軸方向で互いに対面した上 記圧力表面（３０、３１）と、互いに対面して位置した上記カラー（３６）の表 面及び上記他方のシャフトセグメントのフランジ（１９）の表面とが、粗面とな らないように機械加工されていることを特徴とするエンジン。 ８． 請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載のエンジンのための可撓 性継手において、可撓性継手（１）の可撓性部材（１５）を担持する２つのシャ フトセグメント（４、５）が、生じるトルク影響を実質上伝達することなく通常 の作動中に生じた軸方向の圧縮及び引張り力を伝達でき、かつ、上記２つのシャ フトセグメントを軸方向において離れた状態で保持する少なくとも１つの部材（ １０）により、相互連結されていることを特徴とする可撓性継手。 ９． 請求の範囲第８項に記載の可撓性継手において、上記部材即ちスラスト伝 達部材が上記２つのシャフトセグメント（４、５）の中空空間内にこれと同軸的 に装着された長方形のロッド（１０）から成り；このロッドが当該２つのシャフ トセグメントの外径より実質上小さな直径を有することを特徴とする可撓性継手 。