JPS58156492A - 主プロペラおよび付加プロペラをもつ船用推進装置 - 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、主機なるべくディーゼル機関あるいはガスタ
ービンあるいは蒸気タービンにより駆動される推進装置
が、主プロペラと、この−Ｌプロペラとかじとの間に固
定的に設置されるタンデムプロペラからなるか、あるい
は主プロペラと、ノズル付きあるいはなしの能動かじと
しであるいは伝動装置覆い付きあるいはなしの旋回可能
なプロペラから構成されて全推進効率およびかじ効果の
改善のためコントラプロペラとして継続的に回転するか
じプロペラからなる、船用推進装置に関する。

船の運転におけるエネルギーの節約は主機および補機に
限られるだけでなく、船用プロペラの推進効率を改善す
る試みも以前からある。その手がかりは、プロペラから
出る水ジェツトのねじれエネルギーを推力利得のために
利用できるようにして、６０〜７吃である全プロペラ効
率を高めることである。そのため受動的なプロペラであ
るいわゆる案内羽根車が開発され、これがコントラプロ
ペラとして主プロペラの後に配置されて、船の形式に応
じた適当な設計により約３ないし１８％の推力利得を生
じた（非常に幅の広い船については３％）。この成果は
既に１０年も前のことであるが、研究船ガウスだけが案
内羽根ｄｉを描えて、良好な成果が得られた（１０／６
９および２２／７１の報告′ドイツ造船の研究センタ′
参照）。

燃料費は常に増大しているにもかかわらず、エネルギー
を節約する案内羽根車はこれまで造船には普及しなかっ
た。案内羽根車は容易に回転せねばならないので、球面
ころ軸受が使用されているが、海水中では保守に問題が
ある。さらに前後に密接して回転する複数のプロペラは
、異物例えば用銅、浮氷および汚物により動かなくなる
ことがあるので、問題である。

能動かしも船級協会や船主により以前から受入れられて
いる。このかじは操縦補助手段として用いられ、はとん
ど例外なく船内電諒回路から給電される。横ジェットか
じの導入により能動かしはますます排除されている。能
動かしは操縦補助手段としてのほかに、コントラプロペ
ラとして一定の回転数（Ｍ適には毎分６００回転）で全
出力の１１％未満をもつタンデムモータとしても使用さ
れた。

水中電動機を梨形に構成しくプロペラジェットのうすを
なくす）、能動かしによりプロペラの伴流および推力貴
荷率へ有利な影響を及ばすことによって、かじプロペラ
の出力、回転数、配置、直径、ノズル形状およびピッチ
を最適化することなく、２．５％まで全出力を節約でき
た３゜その際非同期電動機は、わずかな始動電流で大き
い始動トルクを得るため、普通の抵抗回転子をもつよう
に設計されたが、これは定格運転における悪い効率に相
当している。

船内゛市諒回路エネルギーは充分でなし）ので、能動か
しはけとんともっばら電動機船心こ使用された。

本発明の蟻礎になっている課題は、主駆動装置に反作用
を及ばずことなく推力利得の効果をもつ、最初にあけた
種類の装置を提供することである。

この課Ｍは特許請求の範囲第１項の特徴によって解決さ
れる。

この課題の別の解決策は特許請求の範囲の第２項および
第３項に含まれている。本発明の別の構成は特許請求の
範囲の実施態様項に示されている。

本発明による装置によって得られる利点は、前方のプロ
ペラの荷重が軽減され、そのキャビテーションの間願が
少なくなることである。２つのプロペラの間隔はジェッ
ト収縮円錐より大きく、ねじれ損失から推力を利得する
°のみならず、さらに水を捕捉するので、この間隔をプ
ロペラ直径まで大きくすることができる。その際ジェッ
ト損失を利用するために、プロペラ部分は円錐内でター
ビンとして動作し、一方このプロペラ部分は円錐外では
推力を発生する（能動案内羽根車）。主プロペラからの
この間隔では、能動かしは横ジェットかじ（９ｏ０まで
のがし角）の代用としてのこれまでの役割も果たすこと
ができる。能動かじを主機と共に良好な伝達効率で継続
的に回転させることがてきると、３５’のかじ角ではそ
の直径の約６０ＯＳまた３０’のがし軸では５吃で、か
じ軸の前で能動がしをプロペラへ近づけることができる
。

最適な推進利得を考慮したコントラプロペラの最適間隔
は、計算によるが模型推進実験によって決定せねばなら
ない。

図面には本発明の実施例が示されている。

第１図には主機２例えばディーゼル機関あるいは蒸気タ
ービンをもっ船ｌの後部が示さ、れ、主機２の端面に直
接にあるいは主プロペラ４をもつ軸系３に同期軸発゛市
機５が設けられている３、発電機５の電気的出力はかし
プロペラ６の電動機の出力にほぼ等しい。発電機５の励
磁巻線９は制限素子】０および変流器１１を介して導線
７に結合されている。

航行指令に関係して主機２の前進あるいは後退の始動前
に、発電機５が衝撃励磁され、かじプロペラ６が常に主
プロペラ４に同期して始動され、始動後Ｕ／ｆを一定に
する調整が行なわれる（シンクロ）。ヒユーズ８による
短絡保護と、故障の場合発′也機５を減磁する制限素子
１ｏによる過負荷監視を行ないさえすればよい。したか
つてかしプロペラ６の回転数は常に主プロペラ４の回転
数に比例し、逆の回転方向に回転する。したがって部分
負荷でも後方航行でも最適な推進改善が行なわれる。

破線で記入したように、開閉器１２を導線７中に設ける
ことをできる。主機２を始動して船ｌの航行を開始した
径、発電機５の微粗励磁後かじプロペラ６の自由に回転
する非同期電動機は、開閉１１１２の閑じた後その曳航
回転数がら加速される。

第２図による実施例では、主機２から伝動装置１３を介
して、主プロペラ４をもつ軸３と軸発電機５が駆動され
る。軸発電機５から開閉器１４をもつ導線７を介して普
通の同期電動機１５が給電されて、■構造の図示しない
かさ歯車伝動装置を介してかしプロペラＩ６を駆動する
。

電動機１５および発電機５は主機２の始ａ前に衝撃励磁
され、約６〜８％ＵＮに達すると、電動機１５および発
゛４機５の回転磁極の角度位置に間色して開閉器１４が
閉しられ、すなわち同期化され、かじプロペラ１６が加
速される。

非常停止の際逆転のため開閉器１４は閉しられたままで
あり（発電機５および電動機１５の衝撃励磁の際）、そ
の代り開閉器１４は小さい前進回転数で開かれ、約６％
の発゛也機回転数で回転磁極の角度にｕｊｉ係して再び
閉しられる。。

この解決策は、非同期変形例の曳航法による始動（第１
図）のためにも実施可能である。かじプロペラの高い回
転ｄ＜曳航回転数）における接続は、回転磁極の角度位
置に関係しても衝撃励磁により実施可能である。

水道あるいは河川の航行および港内航行では、利用可能
な船内電源回路出力は付加的な電源装置によって増大さ
れる。第３図ではこのため船内電源装置１７が設けられ
て、開閉器１８を介して船内電源回路１９へ給電する。

主機２が故障しまた海の状態が危険である（嵐）と、周
波数変換器２０を介して船内電源回路１９からの給電に
より、危険のない状態で船を海の方へ操縦することがで
きる。

主機２がゆっくり回転するか静止している場合、かしプ
ロペラ６の部分出力に対して設計されかつ船内゛市原回
路１９から別の開閉器２１および切換え開閉器２２（上
の位置）を介して給電される周波数変換器２０が使用可
能であり、−刃軸発電機５は開閉器２３により切離され
ている。したがって船の横ジェットかじはなくてもよい
。

船内電源回路給電用の周波数分離された軸発電機が既に
存在する場合には、クラッチが主プロペラ４を切離すと
き、主機２による船内電源回路の継続的な給′也が可能
である。

船が外部の操縦補助手段により自由にまた軸発電機から
船内電源回路給電により桟橋から桟橋へ移動して、船内
電源回路用ディーゼルを節約できるようにするため、第
４図による変形例が使用可能である。すなわち通常の運
転では、主機２が軸発電機５をもつ軸３を駆動し、クラ
ッチ２４を介して主プロペラ４を駆動する。軸２６上に
ある別の軸発電機２５は周波数変換器２７を介して船内
電源回路１９へ給電し、港内運転ではこの電源回路１９
は船内電源装置１７かう開閉器１８を介して給電される
。軸発電機５はさらに切換え開閉器２２（下の位置）を
介してかじプロペラ６の駆動電動機へ直接給電するため
に設けられている。

水道または河川および港内ではクラッチ２４が開かれ、
切換え開閉器２２が上の位置へ倒されるので、軸発電機
５が周波数変換器２８を介してかしプロペラ６の電動機
へ給電する。かじ出力（例えば２＃；ＰＮ）に設計され
ているこの周波数変換器２８により、同期軸発電機５は
定格回転数においてかじプロペラ６を必要な速度（例エ
ハココテハ５６％ＶＮ　）で駆動することができる。独
力操縦のため別の開閉器２９を閉しることによって、別
の周波数変換器３０を介して並列に船首ジェットかじ３
１を駆動することができる。周波数変換器２８は場合に
よっては約５０％の回転数でかしプロペラ６の始動に利
用することもてき、その際続いて発電機５を同期化する
。

可変ピッチプロペラを主プロペラとして使用すると、か
しプロペラの始動および逆転も周波数変換器によって行
なうことができ、その際主プロペラの目標ピッチはかし
プロペラの回転方向反転のための信号として用いられる
。

かじプロペラの駆動電動機として直流電動機を使用する
ことも可能である。始動および回転数調整のため、制御
整流器を使用することができる。ダイオードを使用し、
同期軸発電機に電圧調整器を設けることも考えられる。

。 かじプロペラとして、船の船体形状および航行形式に関
係する種々の変形例が問題になる。

すなわちかじ板内、かじ軸の前後あるいはかし板の前に
ある環状ノズル付きあるいはなしのプロペラ、かじノズ
ル内に固定するかあるいはノズルと共に動くプロペラ、
かし板付きあるいはなしのプロペラ、主プロペラとかじ
との間で別体の突起にあるプロペラ。

通常の海洋船に対する一般的な解決策は、エネルギーの
節約およびかし効果の改善を考慮して曳航水路で試験す
る。

魚雷におけるコントラプロペラが最初に述べた案内羽根
車と同様に推進効率を商めることは周知である。研究船
カウスでは約１０％の出方利得（案内羽根車）が得られ
た。

楽天的な１０％のＰＮ利得から出発して、８０％：２吃
のタンデムプロペラ出方分配において、第１図により装
置損失として０．２−×−（（ｌづＩＭ）＋−−２％ が得られる。それにより８％の全節約が得られる。第２
図による装置では約８．３％の節約が行なわれる１、 悲観的な５％の利得と９ＣＪ３ｉ　：　Ｉ　ｏ％の出力
分配では、損失　０．１　Ｘ　０．１　＝　１％比出力
約　　　　＝４．吃 が得られる。

改善されたかし効果の影響を受けるエネルギー収支を考
慮すると、次の２つの現象が区別される。

ａ）　プロペラジェットの発生によってがし板の揚力が
尚められ、かじの小さい振れで船首揺れする船への同し
かつ急速な影響が生じ、がし抵抗が減少する。

ｂ）　かしにおける比較的大きい推力Ｓにより、かじ位
置においてＱ二Ｓ　ｓｉｎαの構成分が生じ、−力（船
の縦方向における）縦成分Ｌ−５ｃｏｓαは推力Ｓ　（
αは小さい角度）よりはとんと小さくならない。第５図
にはこの関係が示されている。構成分は回転中心Ｄｒの
まわりに大きいてこ腕長Ｈで作用し、付加的なかなりの
回転モーメント（ｕｘＱ）を生ずる。

これまで海洋航行ではかなりのかし角によってのみ船の
明らかに大きい船首揺れ角で行なわれた針路保持が著し
く改善され、かし板の斜め流入による船の抵抗増大を継
続的なタンデム運転で改善することができる。

さらに小さいプロペラ回転数で前進および後退の著しい
操縦改善が行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は能動かじをもつ推進装置の側面図、第２図はか
しプロペラをもつ推進装置の側面図、第３図は水道また
は河川および港内航行用の付加的な発電装置をもつ推進
装置の側面図、第４図は船尾駆動装置および横ジェット
駆動装置への給電装置をもつ推進装置の側面図、第５図
は船へ作用する縦成分および構成分を示す線図である。 ｌ・・・船、２・・・主機、３・・・軸系、４・・・主
プロペラ、５・・・同期発電機、６　、１６・・・タン
デムプロペラ、１５・・・電動機、２０・・・周波数変
換器 ７、＝９７°／−７，＝９３°ム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　主機により駆動される推進装置が、主プロペラと、
   この主プロペラとかじとの間に固定的に設置されるタン
   デムプロペラからなるか、あるいは主プロペラと、ノズ
   ル付きあるいはなしの能動かしとしであるいは伝動装置
   覆い付きあるいはなしの旋回可能なプロペラから構成さ
   れて全推進効率およびかし効果の改魚のためコントラプ
   ロペラとして継続的に回転するかしプロペラからなるも
   のにおいて、１−機（２）の端面あるいはその軸系（３
   ）に設けられる同期発電機（５）によって、全機械的出
   力の一部が取出され、タンデムプロペラ（６，１６）を
   駆動する二相交流電動機へ供給され、始動あるいは逆転
   の際航行指令発／１器の信号から誘導されて、三相交流
   電動機が始動されるか逆転されかつ励磁が一定のＵ　／
   ｆに調整されるまで、発電機（５）が衝撃励磁を受ける
   ことを特徴とする、主プロペラおよび付加プロペラをも
   つ船用推進装置。 ２　主機により駆動される推進装置が、主プロペラと、
   この主プロペラとかじとの間に固定的に設置されるタン
   デムプロペラからなるか、あるいは−トプロペラと、ノ
   ズル付きあるいはなしのｉｊｂ動かしとしであるいは伝
   動装置覆い付きあるいはなしの旋回可能なプロペラから
   構成されて全推進効率およびかし効果の改善のためコン
   トラプロペラとして継続的に回転するかしプロペラから
   なるものにおいて、主機（２）の端面あるいはその軸系
   （２）に設けられる同期発電機（５）によって、全機械
   的出力の一部が取出され、タンデムプロペラ（６，１６
   ）を駆動する三相交流′電動機へ供給され、始動あるい
   は逆転の際電動機の始動過程か、トプロペラによる船航
   行の開始後行なわれ、タンデムプロペラの曳航回転数に
   達した後は発電機の衝撃励磁により、電動機が常用回転
   数で運転されることを特徴とする、船用推進装置。 ３　主機により駆動される推進装置が、主プロペラと、
   この主プロペラとかじとの間に固定的に設置されるタン
   デムプロペラからなるか、あるいは主プロペラと、ノズ
   ル付きあるいはなしの能動かじとしであるいは伝動装置
   ｍｆ＆ｌｆい付きあるいはなしの旋回可能なプロペラか
   ら構成されて全推進効率およびかし効果の改善のためコ
   ントラプロペラとして継続的に回転するかじプロペラか
   らなるものにおいて、」。 機（２）の端面あるいはその軸系（３）に設けられる同
   期発電機（５）によって、全機械的出力の一部が取出さ
   れ、タンデムプロペラ（６，１６）を駆動する三相交流
   電動機へ供給され、始動あるいは逆転の際、主プロペラ
   （４）の所定の航行段階へ達した後、部分出力周波数変
   換器（２０）が電動機を加速し、それから電動機が直接
   発電機（５）へ同期されるかまたは接続されることを特
   徴とする、船用推進装置。 ４　電動機への給電ケーブル（７）がヒユーズ（８）に
   より短絡に対して保護され、過負荷の場合電流監視器が
   発電機の減磁を開始することを特徴とする特許請求の範
   囲第２ｇ４あるいは第３項に記載の舶用推進装置。 ５　かじ軸上に同期電動機（１５）を設ける場合、接続
   および逆転の際における同期化が、最低回転数（Ｑ＜１
   ＜７％）において電動機（１５）および発電機（５）の
   回転磁極の相対位置に関係して行なわれることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１つ
   に記載の舶用推進装置。 ６　タンデムプロペラが主プロペラ（４）のジェット収
   縮円錐を越えて突出し、能動案内羽根車として動作する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項の
   いずれか１つに記載の船用推進装置。 ７　操縦運転の際始動周波数変換器が継続的に動作状態
   にあり、能動かじが９０°旋回可能であることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項ないし第６項のいずれか１つ
   に記載の船用推進装置。 ８　水道または河川航行あるいは主機（２）の故障の場
   合、能動かしく６）への給電が切換えにより周波数変換
   器（２０）を介して船内電源回路（１９）から行なわれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項ないし第６項
   のいずれか１つに記載の舶用推進装置。 ９　主プロペラ（４）がクラッチ（２４）により切離さ
   れ、主機（２）が周波数変換器（２７）をもつ軸発電機
   （２５）を介して船内′電源回路（１９）を継続的に付
   勢し、また直接にあるいは周波数変換器（２８）を介し
   て能動かしく６）を付勢することを特徴とする特許請求
   の範囲第３項ないし第６項のいずれか１つに記載の船用
   推進装置。 ＩＯ周波数変換器（２７）をもつ軸発電機（２５）のみ
   が船内電源回路（１９）へ継続的に給電し、水道または
   河川ではクラッチ（２４）により主機（２）から主プロ
   ペラ（４）を切離した後、かしプロペラ（６）および場
   合によっては船−ジェットかしく３１）へ継続的に給電
   することを特徴とする特許請求の範囲第３項ないし第６
   項のいずれか１つに記載の舶用推進装置。 ｌｌ　　主プロペラとして可変ピッチプロペラを使用す
   る場合、周波数変換器によりコントラプロペラのように
   かしプロペラの始動および逆転が行なわれ、主プロペラ
   の目標ピッチがかしプロペラの回転方向反転用信号とし
   て用いられることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第９項のいずれか１つに記載の船用推進装置。 １２　　三相交流電動機の代りに直流電動機を使用する
   場合、始動および回転数調整が制御整流器を介して行な
   われることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   ３項のいずれか１つにＪ＋：！載の船用推進装置。 ｌ３　　三相交流電動機の代りに直流電動機を使用する
   場合、始動および回転数調整が同期発電機の電圧を調整
   するダイオードを介して行なわれることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１つに＆５
   ｍの舶用推進装置。