JPWO2002030741A1 - 船舶の推進装置 - Google Patents

Abstract

船底（１ｂ）に開口した吸込口（４ａ）と、この吸込口（４ａ）から後方に上昇傾斜した吸込流路（４ｂ）と、水平状に形成したインペラ室（４ｃ）とからなる吸込ケーシング（４）を船尾の底部に配設し、この吸込ケーシング（４）に連設した吐出ケーシング（１０）を船尾の喫水線下に没水させ、吸込ケーシング（４）のインペラ室（４ｃ）に正逆転自在な軸流羽根（８）を配設した船舶の推進装置。

Description

技術分野
この発明は、船舶の推進装置に関し、特に、ウォータージェットの射出反力を利用して前後進するタイプの船舶の推進装置に関する。
従来技術
船底にプロペラや舵等の突起物がないウオータージェット式推進装置は、紐状浮遊物が絡まず、また浅瀬でも航走できる。
従来のウオータージェット式推進装置は、船体底部に開口する吸込ケーシングから水を吸引し、この吸引した水をポンプケーシングに導いて羽根車により加圧し、この加圧した水を、喫水線より上の位置で船尾に開口する吐出ケーシングから、ウォータージェットとして後方に噴射し、その反力で船体を前方へ滑走させる。
特に、特開平１１−１２４０９０号公報に開示されたウオータージェット式推進装置は、ウォータージェットの噴射方向をディフレクタで変化させて滑走針路を変え、またリーバーサでウォータージェットを反転させて船体を後進させる。
この従来のウォータージエット式推進装置は、船尾後方へ射出したウォータージェットを船首方向に反転させて後進するため、エネルギーロスが大きく、またウォータージェット反転時の推進力が弱いので、離接岸時の旋回レンジが広い。
この点、特開平８−１０７２８０号公報には、前インペラで旋回流を発生し、これを後インペラで直線流に整流して回転エネルギーを推力に変換することにより推進力を高めた二重反転インペラ形ウオータージェット式推進装置が開示されている。
この発明は、ウォータージェットの射出反力により推進力を得ても、前後進切換えによるエネルギーロスが少なく、狭いレンジでの離接岸も可能な船舶の推進装置を提供することにある。
発明の開示
この発明は、船底に開口した吸込口と、吸込口から後方に上昇傾斜した吸込流路と、水平状に形成したインペラ室とからなる吸込ケーシングを船尾の底部に配設し、この吸込ケーシングに連設した吐出ケーシングを船尾の喫水線下に没水させ、吸込ケーシングのインペラ室に正逆転自在な軸流羽根を配設したことを特徴とする船舶の推進装置である。
この発明によれば、ポンプケーシングのインペラを逆回転させて、前進航走時に加圧水を噴射する吐出ケーシングの吐出口から水を吸引し、吸込ケーシングの吸込口から加圧水を噴射して、水の吸込口と加圧水の噴射口を切換えることにより、前進航走から後進航走への変換を可能としている。
吸込ケーシングのインペラ室と吐出ケーシングとの内径を円筒状に形成して概略同一寸法としてもよい。それだと、軸流羽根の正回転と逆回転の旋回加圧水量が概略等しくなり、船艇の前進と後進の切換えが早く行なえる。
吸込ケーシングのインペラ室に単段の軸流羽根を配設してもよい。軸流羽根を二重反転インペラとしてもよく。それだと、軸流型の前インペラで加圧した旋回流を後インペラで直線流に変換して、回転流エネルギーを圧力エネルギーに変換することにより、インペラ部の効率を単段インペラより増加できる。
インペラ室に二重反転インペラを配設した吸込ケーシングの側壁に正逆転作動装置を連結してもよく、それだと、二重反転インペラの駆動軸が短くなり、前インペラと後インペラの振動も軽減される。また、インペラ室に単段の軸流羽根を配設した吸込ケーシングの側壁に正逆転切換装置を連結してもよく、それだと、推進装置がコンパクトになる。
吐出ケーシングの内周壁に止着した軸受サポートに駆動軸の先端部を軸支し、軸受サポートに設けた複数のリブを軸心に沿って平板状に形成して、軸流羽根で加圧した旋回水流を軸受サポートで整流する構成にしてもよく、それだと、軸流羽根の近傍で駆動軸の先端を軸支するので振動が軽減される。
吐出ケーシングの後端部に配設したデフレクターに舵を止着してもよく、それだと、旋回航走時の針路保持性と操舵性が向上し、横揺れが防止され、デフレクターを左右に回動して後進旋回することも可能となる。
推進装置を船尾に二軸に配設してもよく、それだと船舶の旋回レンジが狭くなり、横方向への移動も可能で、離岸・接岸が容易になる。
また吐出ケーシングから分岐して船側に臨む分岐路を設け、リアケーシングとの間で流路選択可能にしてもよく、それだと横方向への推進が可能になる。
発明の好適な実施の形態
以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を詳述する。同じ部材又は要素は同じ符合で示す。
図１にこの発明の第１の実施の形態に係る推進装置Ｐｒ１を備えた中型の船舶Ｖを示し、図２に推進装置Ｐｒ１の推進機２を示し、図３に推進機２の吐出ケーシング９に設けた軸受サポート１０を示す。
船舶Ｖは、船首１ｃから船尾１ａまで略ストレートに延びる船艇１ｂを有する船体１と、艦橋等を含む多層階構造物Ｓ及び艤装品とで構成される。推進装置Ｐｒ１は、船体１の後半下部領域に内蔵して、船底１ｂ上面及び船尾１ａ下部に締結固定する。Ｈは水面であり、船体１の喫水線を表している。
この推進装置Ｐｒ１は、水噴射式推進機２と、この推進機２を駆動する内燃機関３と、この内燃機関３と推進機２との間に介設された正逆転切換装置２０とで構成される。
推進機２は：前端が正逆転切換装置８に連結されたメインの駆動軸６と；この駆動軸６の前部に連結された遊星ギヤ式反転差動伝達機としての正逆転作動装置１１と；この正逆転作動装置１１に前端が連結され、中間部が軸受５で保持され、メイン駆動軸６が同軸に貫通する、中空形状のサブの駆動軸７と；このサブ駆動軸７の後端部にキー止着された螺旋形多翼式前インペラ８ａと、メイン駆動軸６の前端部にキー止着された螺旋形多翼式後インペラ８ｂとで構成される二重反転インペラ８と；船艇１ｂに開口する吸込口４ａと、この吸込口４ａに斜交して後方へ立上がる吸込流路４ｂと、前インペラ８ａ及び後インペラ８ｂに微細な公差で外接する水平なインペラ室４ｃとを画成する検査窓付き長ダクト部材としての吸込ケーシング４と；インペラ室４ｃとウォータージェット吐出口９ａとを結ぶ吐出流路を画成し、メイン駆動軸６の前端の軸受部を支える整流板としての軸受サポート１０が一体に形成された短ダクト部材としての吐出ケーシング９とで構成される。
吐出ケーシング９の後端に、舵１４と一体になったデフレクタ１２を左右回動自在に枢支し、艦橋から制御される操作用桿部材１３で転舵している。なお、吸込口４ａには除塵用のスクリーン１５が設けられる。
上記構成において、船舶Ｖの船尾１ａの船底１ｂに配設した推進装置２を外見上喫水線Ｈの水面下に水没させ（つまり、吐出口９ａの上縁を空荷時喫水線より下位にセットして）、推進装置２を内燃機関３で駆動し、船底１ｂの水中から吸引した水を加圧し、船尾１ａ後方の水中に加圧水を噴射して船体１を航走させる。
吸込ケーシング４の吸込流路４ｂの外周側壁に軸受５が一体に設けられ、この軸受５で軸支された駆動軸６、７が吸込ケーシング４の側壁を貫通してインペラ室４ｃまで延在している。
吸込ケーシング４の後端に、船尾１ａの喫水線下に没水する吐出ケーシング９が連結される。吸込ケーシング４のインペラ室４ｃと吐出ケーシング９とを円筒状に形成し、取合寸法（この場合内径）を略同一とし、軸流羽根８の正回転時と逆回転時の旋回加圧水量を略等しくしており、水流を反転させる従来の構成と比較してエネルギーロスが少なく、後進航走の推力が大きくなる。
図３は吐出ケーシング９と一体の軸受サポート１０を示し、吐出ケーシング９の内周壁に止着され軸受サポート１０の中心部のボス１０ａに吸込ケーシング４に延設した駆動軸６の後端部を軸支し、つまり二重反転インペラ８の近傍で駆動軸６の先端を軸支し、振動を軽減している。
軸受サポート１０の複数のリブ１０ｂを軸心沿いに平板に配設し、二重反転インペラ８で加圧され旋回水流を軸受サポート１０のリブ１０ｂで整流している。
正逆転作動装置１１は、その筐体１９を吸込ケーシング４の側壁と一体に構成し、前インペラ８ａが止着された中空駆動軸７と後インペラ８ｂが止着された駆動軸６との基端部を正逆転作動装置１１に連結し、これにより各駆動軸６，７を可及的に短くして、前インペラ８ａと後インペラ８ｂの振動を軽減している。
吐出ケーシング９の吐出口９ａの後端に設けたデフレクター１２は、操作杆１３で左右に回動して水流の吐出方向を変え、船体１の航走方向を切換える。
デフレクター１２の下端に止着された舵１４は、船体１の針路保持性と操舵性を高める。
図２に示すように、吸込ケーシング４の側壁に設けた正逆転作動装置１１は、駆動軸６の基端部に止着された太陽歯車１６と、この太陽歯車１６に噛合する複数の遊星歯車１７と、この遊星歯車１７に噛合するリングギヤとしての内歯歯車１８とからなり、内歯歯車１８は中空駆動軸７の基端部に止着される。
この正逆転作動装置１１は太陽歯車１６の回転で遊星歯車１７を介して内歯歯車１８を反転させ、前インペラ８ａと後インペラ８ｂを互いに逆方向に回転させる。
吸込ケーシング４のインペラ室４ｃに流入した水を前インペラ８ａで加圧して得た旋回流を後インペラ８ｂの羽根面に案内して後インペラ８ｂへの押込み圧を高め、この高圧旋回流を後インペラ８ｂで直線流に変換しながらさらに加圧している。
従って、二重反転インペラ８で回転エネルギーを圧力エネルギーに変換し、吐出ケーシング９の吐出口９ａから水中に高圧噴流を吐出して船体１を推進させ、舵１４が止着されたデフレクター１２を回動して船体１の針路を変えている。
なお、全速航走時には、船尾１ａ後方に噴射された加圧水が水面上にあらわれてもよい。
図４は二重反転インペラ８と正逆転作動装置１１と正逆転切換装置２０との連結状態を示す。吸込ケーシング４の側壁に設けた正逆転作動装置１１が正逆転切換装置２０を介して内燃機関３に連結され、内燃機関３の出力軸２１の回転を正逆転切換装置２０で正回転から逆回転に切換えて駆動軸６を回転させ、その回転を正逆転作動装置１１で反転させて駆動軸７を回転させて、二重反転インペラ８の前インペラ８ａと後インペラ８ｂを逆方向に回転させる。
この正逆転切換装置２０は、内燃機関３の出力軸２１に連結した入力軸２２と入力側アイドルシャフト２３がそれぞれギヤーケース２４に軸支され、入力軸２２に止着した第一ギャー２５とアイドルシャフト２３に止着した第二ギャー２６とが互いに噛合して逆回転する。
入力軸２２と同軸な出力軸と入力側アイドルシャフト２３と同軸な出力側アイドルシャフトとの先端部に第一伝動ギヤー２７と第二伝動ギヤー２８とを止着し、この第一伝動ギヤー２７と第二伝動ギヤー２８とを、ギヤーケース２４に挿通する駆動軸６に止着した駆動ギャー２９に噛合させる。
入力軸２２と出力軸との間に前進用の油圧式多板クラッチ３０を介設し、入力側アイドルシャフト２３と出力側アイドルシャフトとの間に後進用の油圧式多板クラッチ３１を介設する。各クラッチ３０，３１を油圧で制御して断接し、駆動軸６を正回転または逆回転させる。
内燃機関３の出力を正逆転切換装置２０で逆転方向に切換えて二重反転インペラ８を逆転させる時には、船尾１ａの船底１ｂに水没した吐出ケーシング９の吐出口９ａから水が吸引され、後インペラ８ｂの後面に移送された水を後インペラ８ｂで加圧して、加圧された旋回流を前インペラ８ａで整流した後、吸込ケーシング４の吸込口４ａから船首方向の水中に加圧水を噴射して船体１を後進させる。
吸込ケーシング４のインペラ室４ｃと吐出ケーシング９の内径を概略同一寸法とし、二重反転インペラ８を軸流羽根としたので、正回転と逆回転の二重反転インペラ８の旋回加圧水量が概略等しく、船艇１の前進と後進の切換えが早い。
吸込ケーシング４の吸込口４ａに設けたスクリーン１５に塵芥等が付着して吸込口４ａが閉塞した時には、二重反転インペラ８を逆回転させれば、加圧された水流が吸込ケーシング４の内部から射出され、吸込口４ａを閉塞する塵芥等をスクリーン１５から洗い流す。
デフレクター１２を左右に回動すれば、舵１４に案内され、船体１の後方旋回が小さい旋回範囲で可能となる。
図５はこの発明の別の実施例に係る船舶の推進装置Ｐｒ２を示す。この推進装置Ｐｒ２の推進機２ａは、吸込ケーシング３２のインペラ室３２ｃに単段の軸流羽根３３をが設し、この軸流羽根３３の駆動軸３４を吸込ケーシング３２の側壁に貫通させ、吸込ケーシング３２の外周側壁に一体に設けた軸受３５で軸支し、駆動軸３４の基端部を、吸込ケーシング３２の周壁に一体に設けた正逆転切換装置２０に連結する。軸流羽根３３を支える駆動軸３４が短く、軸流羽根３３の振動が軽減される。
軸流羽根３３を正転して、吸込ケーシング３２の吸込口３２ａからインペラ室３２ｃに流入した水を軸流羽根３３で加圧し、加圧旋回流を軸受サポート１０の平板状のリブ１０ｂで整流する。この整流した加圧水を吐出ケーシング９の吐出口９ａから水中に噴射して船体１を推進させ、舵１４が止着されたデフレクター１２を回動して船体１の針路を変更する。
図５において、内燃機関３の出力を正逆転切換装置２０で逆転方向に切換えて軸流羽根３３を逆転させると、船尾１ａの船底１ｂに水没した吐出ケーシング９の吐出口９ａから吸引された水が、軸流羽根３３で加圧され、吸込ケーシング３２の吸込口３２ａから船首方向の水中に高圧で噴出され、船体１を後進させる。
単段の軸流羽根３３を配設した推進機２ａは、高速航走を必要としない船舶に適用できる。二重反転インペラ８を配設した推進機２は、単段の軸流羽根３３よりもインペラ室５ｃでの効率が高く、全体の推進効率でも従来のプロペラと比較して同等以上の推進効率が得られる。
正逆転可能に配設した推進装置２、２、２ａ、２ａを船体１の船尾に二軸に平行に配設してもよく、それだと、加圧水を互いに逆方向に噴射して、狭い場所で旋回と横移動を行え、離岸・着岸が容易となる。
図６は、この発明の別の実施例に係る船舶の推進装置Ｐｒ３を示す。この推進装置Ｐｒ３は、多板クラッチ式の正逆転切換装置２０に代え噛合いクラッチ式正逆転切換装置１２０が使用される点で前記実施例Ｐｒ２と異なる。
この正逆転切換装置１２０は、内燃機関の出力軸に連結した入力軸１２２とアイドルシャフト１２３がそれぞれギヤーケース１２４に軸支され、入力軸１２２の後端に止着した第一ギャー１２５とアイドルシャフト１２３の前端に止着した第二ギャー１２６とが互いに噛合して逆回転する。
アイドルシャフト１２３の後部に前進用伝導ギヤ１３０と後進用伝導ギヤ１３１とを止着し、後進用伝導ギヤ１３１は更に別のアイドルギヤ１３２に噛合させる。また、駆動軸６の基部をギヤケース１２４に挿通し、その端部に伝導ギヤ１３６を軸方向スライド可能に嵌着する。
そして、不図示のクラッチで伝導ギヤ１３６の軸方向位置を切換えて、前進時には前進用伝導ギヤ１３０と噛合させ、後進時にはアイドルギヤ１３２と噛合させる。
図７Ａ〜図７Ｄは、この発明の別の実施例に係る船舶Ｖの推進装置Ｐｒ４を示し、図７Ａは推進装置Ｐｒ４の平面図、図７Ｂは推進装置Ｐｒ４の側面図、図７Ｃは図７Ｂの矢視ＶＩＩＣ部の断面図、図７Ｄは推進装置Ｐｒ４の流路切換機構の説明図である。
推進装置Ｐｒ４の推進機６０は、図２に示した推進機２と類似な機能構成のＵ字形インペラケーシング６２と、このケーシング６２の前端及び後端にフランジ７６、７５を介して接続されたフロントケーシング６６及び三股ケーシング６１と、この三股ケーシング６１にフランジ７２，７３，７４を介して接続されそれぞれ船尾１ｃ及び左右の船側から略水平に水中へ開口するリヤケーシング６３、レフトケーシング６４、及びライトケーシング６５とからなる。
これらリヤケーシング６３、レフトケーシング６４、及びライトケーシング６５の吐出口は船体１にフランジ固定し、それぞれ複数の水平な整流翼を設ける。
フロントケーシングの吐出口の構成は前記推進機２と同じにする。単段インペラ６８又は二重反転インペラ６８＋６９を駆動する駆動軸６７も、前記推進装置Ｐｒ１の場合と同じ構成により内燃機関に連結する。
なお、図７Ａに示すように、インペラケーシング６２の中間部をフランジ７１で接合し、検査や整備の便宜をはかっても良い。
三股ケーシング６１は、図７Ｃに示すように、外部操作ロッド８１を介して操作可能な流路選択弁８０を内蔵し、図７Ｄに示すように、左方、後方、及び右方へ流路を切換可能で、これにより、船舶Ｖを右進、前進、左進させることができる。
この実施例Ｐｒ４のケーシング構成は他の実施例に適用しても良い。
図８は以上の各実施例に適用可能な前後進切換クラッチの油圧回路を示す。
この油圧回路は、切換レバー９０ａで切換弁９０を操作すると、前後進切換機構の関連作動部に連結された前進クラッチ９１及び後進クラッチ９２の間で油圧が切り換えられる。図中、９３は調圧弁、９４は油圧ポンプ、９５は油タンクである。
以上の説明から明らかなように、この発明にによれば、吸込ケーシングのインペラ室に配設した軸流羽根を回転させ、船底部の吸込ケーシングの吸込口から水を吸引し、吸込流路を上昇した水を軸流羽根で加圧する。
加圧された旋回流は軸受サポートの平板状のリブで直線流に整流し、旋回流エネルギーを圧力エネルギーに変換する。
吐出ケーシングの吐出口から船尾方向の水中に噴射して船舶を推進させ、吐出ケーシングの後端部に設けたデフレクターを回動して推進方向を切換えて航走する。
インペラケーシングに配設する軸流羽根を二重反転インペラとすれば、前インペラで加圧した旋回流を後インペラの羽根面に案内して後インペラへの押込み圧が高められる。
後インペラは加圧された旋回流を直線流に変換しながらさらに加圧して、船舶の推進力が高められる。
船舶を後進させる時には、軸流羽根を逆回転させれば水没させた吐出ケーシングの吐出口から水が吸引され、軸流羽根で加圧した水を吸込ケーシングの吸込口から船首方向の水中に噴射して、前進航走から後進航走に切換えて船舶を後進させることができる。
軸流羽根の正回転と逆回転の旋回加圧水量が概略等しくなり、船艇の前進と後進の切換えが早く行なえる。
そして、デフレクターを左右に回動すれば、デフレクターに配設した舵で後進旋回を行なうこともできる。
また、推進装置を船尾に二軸に並設した船舶では、旋回方向側の推進装置を逆回転させれば、船舶の狭い場所での旋回が可能で、横移動も可能となる。舵を併用すれば、後進旋回も小さく行なえる船舶の推進装置で、大型の船舶でも離岸、接岸が容易となる。
なお、船舶の前進航走時に、吸込ケーシングの吸込口に配設したスクリーンに塵芥等が付着して吸込口が閉塞した時には、軸流羽根を逆回転させれば、吐出ケーシンクから吸引した水を軸流羽根で加圧して、吸込ケーシングの吸込流路からスクリーンの裏面に加圧水を噴射して、吸込口を閉塞させた塵芥等をスクリーンから洗い流すことができる。
またリアケーシングから分岐して船側に臨む分岐路を設け、リアケーシングとの間で流路選択可能とすれば、横方向への推進が可能となる。
産業上の利用の可能性
この発明によれば、前後進切換えによるエネルギーロスが少なく、狭いレンジでの離接岸も可能なウォータージェット式の船舶の推進装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の一実施例に係る推進装置を備えた船舶の一部破断側面図である。
図２は、図１の推進装置の二重反転インペラを含む推進機の縦断面図である。
図３は、図２の推進機の吐出ケーシンクに設けた軸受サポートの正面図である。
図４は、図２の推進機と内燃機関との間に介設した正逆転切換装置の縦断面図である。
図５は、この発明の別の実施例に係る単段インペラ及び多板式正逆転切換装置を含む船舶の推進装置の縦断面図である。
図６は、この発明の別の実施例に係る単段インペラ及びギヤ式正逆転切換装置を含む船舶の推進装置の縦断面図である。
図７Ａ〜図７Ｄは、この発明の別の実施例に係る船舶の推進装置を示し、図７Ａは推進装置の平面図、図７Ｂは推進装置の側面図、図７Ｃは図７Ｂの矢視ＶＩＩＣ部の断面図、図７Ｄは推進装置の流路切換機構の説明図である。
図８は、前後進切換機構の油圧回路図である。

Claims (9)

1. 船底（１ｂ）に開口した吸込口（４ａ、３２ａ）と、吸込口（４ａ、３２ａ）から後方に上昇傾斜した吸込流路（４ｂ、３２ｂ）と、水平状に形成したインペラ室（４ｃ、３２ｃ）とからなる吸込ケーシング（４、３２）を船尾の底部に配設し、この吸込ケーシング（４、３２）に連設した吐出ケーシング（１０）を船尾の喫水線下に没水させ、吸込ケーシング（４、３２）のインペラ室（４ｃ、３２ｃ）に正逆転自在な軸流羽根（８、３３）を配設したことを特徴とする船舶の推進装置。
2. 前記吸込ケーシング（４）のインペラ室（４ｃ）と吐出ケーシング（９）との内径を円筒状に形成して概略同一寸法としたことを特徴とする請求項１に記載の船舶の推進装置。
3. 前記軸流羽根を、前インペラ（８ａ）と後インペラ（８ｂ）とからなる二重反転インペラ（８）としたことを特徴とする請求項１または２に記載の船舶の推進装置。
4. 前記二重反転インペラ（８）の正逆転作動装置（１６）を吸込ケーシング（４）の側壁に連結したことを特徴とする請求項３記載の船舶の推進装置。
5. 前記吸込ケーシング（４）のインペラ室（４ｃ）に単段の軸流羽根（３３）を配設し、この軸流羽根（３３）の正逆転切換装置（２０）を吸込ケーシング（４）の側壁に連結したことを特徴とする請求項１または２に記載の船舶の推進装置。
6. 前記吐出ケーシング（９）の内周壁に止着した軸受サポート（１０）に駆動軸（６、３４）の先端部を軸支し、軸受サポート（１０）に設けた複数のリブ（１０ｂ…）を軸心に沿って平板状に形成して、軸流羽根（８、３３）で加圧した旋回水流を軸受サポート（１０）で整流することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の船舶の推進装置。
7. 前記吐出ケーシング（９）の後端部に配設したデフレクター（１２）に舵（１４）を止着したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の船舶の推進装置。
8. 前記船舶（１）の船尾に二軸に推進装置（２、２、２ａ、２ａ）を並設したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の船舶の推進装置。
9. 前記吐出ケーシング（６３）から分岐して船側に臨む分岐路（６４、６５）を設け、リアケーシングとの間で流路選択可能としたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の船舶の推進装置。

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