TWI610849B - 裝備有主螺旋槳和追加螺旋槳的船及其混合航行方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供裝備有主螺旋槳和追加螺旋槳的船及其混合航行方法。能夠在不損失船舶的航行安全性的情況下實現燃料消耗的降低。在通過主機(12)驅動主螺旋槳(11)而得到推進力的船舶(10)上設有追加螺旋槳(20)及其驅動單元，所述追加螺旋槳(20)被配置在船底或船底上升部的與所述主螺旋槳(11)的配置位置不同的位置處，並且所述追加螺旋槳(20)的所述驅動單元的輸出為所述主機的驅動單元的輸出的25%以下，能夠選擇驅動主螺旋槳(11)而得到推進力的常用運轉狀態和驅動追加螺旋槳(20)而得到推進力的運轉狀態。

Description

裝備有主螺旋槳和追加螺旋槳的船及其混合航行方法
本發明涉及裝備有主螺旋槳和追加螺旋槳的船及其混合航行方法。
在船例如商船尤其是貨船的情況下，在裝載貨物的階段和卸貨後的階段中，吃水線的上下變化極大。
一般而言，在貨船的情況下，航行是以壓載吃水或計畫滿載吃水進行航行的。特別是考慮到海上狀態不良時的安全性，以實現暴風雨天氣的航行的吃水的方式設計並建造。此外，還考慮螺旋槳沒入水中來決定吃水深度，以安全有效地使用推進用螺旋槳。
然而，維持較深的吃水會使排水量增加、外板與水的接觸面積增大、水線面積係數變差，意味著燃料消耗的增加。
現狀是，貨船在卸貨後，儘管沒有運貨收入，但考慮到船的穩定性也以壓載吃水狀態進行航行。實現該狀態下的燃料消耗降低的經濟效果巨大，並且還有Nox(氮氧化物)和Sox(硫氧化物)等的環境改善效果。
特別是近年來，由於壓載水中會混入海洋生物的環境問題，壓載水的處理被視為問題。
另外，關於後述的導管螺旋槳(噴嘴螺旋槳)，存在下面的先前技術文獻。
【專利文獻1】日本專利第3508811號公報
【專利文獻2】日本專利第5231878號公報
因此，本發明的主要課題在於，提供裝備有主螺旋槳和追加螺旋槳的船及其混合(複合)航行方法，能夠在不損失船舶的航行安全性的情況下實現燃料消耗降低。
解決了上述課題的本發明如下。
<技術方案1記載的發明>
一種船，其特徵在於，在通過主機驅動主螺旋槳而得到推進力的船舶上設置有追加螺旋槳及該追加螺旋槳的驅動單元，一台或多台所述追加螺旋槳被配置在船底或船底上升部的與所述主螺旋槳的配置位置不同的位置處，該船能夠選擇：驅動主螺旋槳而得到推進力的常用運轉狀態；和驅動追加螺旋槳而得到推進力的運轉狀態。
<作用效果>
在本發明中，除了主螺旋槳以外，還設置有小型的追加螺旋槳及其驅動單元。追加螺旋槳的所述驅動單元的輸出為所述主機的驅動單元的輸出的35%以下，更優選為25%以下。在載貨(負載)時，以接近計畫滿載吃水的吃水狀態驅動主螺旋槳而航行。如果需要，並用追加螺旋槳進行航行。
在卸貨後的回港航海中，主要通過小型的追加螺旋槳進行航行。尤其在天氣好的日子，對船舶航海時的穩定性過度嚴格的必要性較低。因此，在使吃水線下降的狀態下，通過小型的追加螺旋槳使船行駛。
其結果是，通過使吃水線下降，能夠明顯使排水量降低，外板與水的接觸面積變小，能夠改善水線面積係數，燃料消耗的降低效果巨大。
此外，由於是驅動小型的追加螺旋槳，因此，驅動單元的輸出(主機的驅動單元的輸出的35%以下，更希望是25%以下)較小即可，根據該觀點，燃料消耗的降低效果也是巨大的。
船舶在滿載貨物後出港，轉變為通常的航海的情況下，驅動主螺旋槳，以較深的吃水進行航海。此外，在卸載貨物後以壓載進行航海的情況下，在轉變為通常航海狀態後進行追加螺旋槳航行。但是，在天氣不好的情況下，即使是空船，也能夠在注入壓載水而穩定化後的狀態下，通過小型的追加螺旋槳或主螺旋槳使船行駛。並且，在需要的情況下，還能夠並用追加螺旋槳和主螺旋槳。
通過在壓載航海時主要使用追加小型導管螺旋槳，主螺旋槳的螺旋槳沒水率的限制變小，能夠使設計好的螺旋槳的螺旋槳直徑大於基於以往設計基準的螺旋槳的直徑。由此，能夠提高螺旋槳效率，提高約5~7%的效率。這樣，通過採用更大直徑的設計好的螺旋漿，螺旋槳效率提高，針對同一船速，主發動機的必要輸出減少，由此，能夠大幅改善燃料消耗。
<技術方案2記載的發明>
根據技術方案1記載的船，所述追加螺旋槳是導管螺旋槳。
<作用效果>
當使用導管螺旋槳作為追加螺旋槳時，即使是小型的，也能夠得到相對較大的推力。
<技術方案3記載的發明>
根據技術方案2記載的船，所述導管螺旋槳能夠選擇向船外突出的狀態和被收入到船內的狀態。
<作用效果>
在導管螺旋槳處於向船外突出的狀態，且在航海中為不使用的狀態的情況下，在較深的吃水時成為阻力，因此，希望使導管螺旋槳成為被收入到船內的狀態。
<技術方案4記載的發明>
根據技術方案2記載的船，所述導管螺旋槳被設置在船尾區域上。
<作用效果>
導管螺旋槳能夠設置在船尾區域上。
<技術方案5記載的發明>
根據技術方案2記載的船，所述導管螺旋槳被設置在船首區域上。
<作用效果>
導管螺旋槳能夠設置在船首區域上。
<技術方案6記載的發明>
根據技術方案2記載的船，所述導管螺旋槳被設置在船長方向上的中間區域上。
<作用效果>
導管螺旋槳能夠設置在船長方向上的中間區域上。
<技術方案7記載的發明>
根據技術方案2~技術方案6中的任意一個技術方案記載的船，所述導管螺旋槳能夠繞上下軸線旋轉。
<作用效果>
當導管螺旋槳能夠繞上下軸線旋轉時，在並用追加螺旋槳和主螺旋槳的運轉中，通過使導管螺旋槳適當地繞上下軸線旋轉，能夠提高船舶操縱(方向)性。
<技術方案8記載的發明>
一種船的航行方法，其特徵在於，在通過主機驅動主螺旋槳而得到推進力的船舶上設置有追加螺旋槳及其驅動單元，所述追加螺旋槳被配置在船底或船底上升部的與所述主螺旋槳的配置位置不同的位置處，在負載狀態下，驅動所述主螺旋槳進行推進，在空載狀態下，驅動所述追加螺旋槳進行推進。
<作用效果>
能夠得到與技術方案1同樣的作用效果。
<技術方案9記載的發明>
根據技術方案8記載的船的航行方法，所述追加螺旋槳是導管螺旋槳，該導管螺旋槳被設置在船首區域上，在空載狀態下驅動所述導管螺旋槳而向船尾方向進行推進。
<作用效果>
當使用導管螺旋槳作為追加螺旋槳時，即使是小型的，也能夠得到相對較大的推力。此外，能夠將導管螺旋槳設置在船首區域上，在空載狀態下驅動導管螺旋槳而向船尾方向進行推進。
<技術方案10記載的發明>
根據技術方案9記載的船的航行方法，所述導管螺旋槳能夠從船外收入到船內，在空載狀態下，將所述導管螺旋槳從船內突出到船外後，驅動所述導管螺旋槳而向船尾方向進行推進。
<作用效果>
能夠得到與技術方案3的情況同樣的作用效果。
<技術方案11記載的發明>
根據技術方案9或10記載的船的航行方法，在空載狀態下驅動所述導管螺旋槳時，主螺旋槳的一部分或全部位於吃水線以上。
<作用效果>
當使吃水線位置下降至使得主螺旋槳的一部分或全部位於吃水線以上時，能夠明顯使排水量降低，外板與水的接觸面積變小，能夠改善水線面積係數，燃料消耗的降低效果巨大。
<技術方案12記載的發明>
根據技術方案8記載的船的航行方法，在追加螺旋槳的導管上部設置有空氣吹出部，從該空氣吹出部吹出空氣，一邊在船底生成氣泡流一邊進行航行。
<作用效果>
已知：通過吹出空氣一邊在船底生成氣泡流一邊進行航行，能夠 降低船體的摩擦。然而，在本發明的追加螺旋槳上，通過適當地在導管螺旋槳 上設置空氣吹出部，能夠降低船體(特別是船底)的摩擦，能夠進行經濟的航 行。
根據本發明，能夠在不損失船的航行安全性的情況下實現燃料消耗的降低。
10‧‧‧船
10A‧‧‧船底
10B‧‧‧遮蔽部件
11‧‧‧主螺旋槳
11A‧‧‧螺旋槳空轉防止裝置
12‧‧‧主機(主發動機：驅動單元)
13‧‧‧橋樓
13A‧‧‧窗
14A‧‧‧空載狀態下的水線
14B‧‧‧吃水深狀態下的水線
20‧‧‧追加螺旋槳
20A‧‧‧追加螺旋槳
20B‧‧‧追加螺旋槳
21‧‧‧導管螺旋槳
21A‧‧‧導管
21B‧‧‧空氣吹出部
22‧‧‧驅動單元
23‧‧‧輸出軸
24‧‧‧錐齒輪
25‧‧‧縱軸
26‧‧‧錐齒輪
27‧‧‧螺旋槳驅動軸
28‧‧‧傳遞軸
29‧‧‧小齒輪
30‧‧‧大齒輪
B‧‧‧氣泡
BW‧‧‧壓載水
R‧‧‧貨物
圖1是本發明的負載狀態的船的概要主視圖。
圖2是導管螺旋槳例子的主視圖。
圖3是本發明的空載下的運轉狀態的船的概要主視圖。
圖4是本發明的導管螺旋槳的另一例子的立體圖。
下面，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。
圖1是本發明的船例如負載狀態的商船10、例如是貨船的概要主視圖。在該商船10中，通過柴油發動機等主機(主發動機)12驅動主螺旋槳11而得到推進力。14A是空載狀態下的水線，是船首方向較高、船尾方向與船底線交叉的狀態、即船首比船尾吃水深的狀態。船尾比船首吃水深的狀態則相反，圖3中由水線14B示出。
參照圖2，船舶上設有包含驅動單元22和導管螺旋槳21在內的追加螺旋槳20。
該追加螺旋槳20配置在船底或船底上升部的與主螺旋槳11不同的位置處，除了圖示的船首區域外，還配置在船尾或中間位置。船尾位置的情況下由符號20A表示，中間位置的情況下由符號20B表示。
此外，在船尾側設有橋樓13，形成有窗13A，使得不僅能夠監視船首方向還能夠監視船尾方向側。
追加螺旋槳20的驅動單元22的輸出為主機12的驅動單元的輸出的25%以下，是較小的輸出。
而且，能夠選擇驅動主螺旋槳11而得到推進力的常用運轉狀態和驅動追加螺旋槳20而得到推進力的運轉狀態。
說明追加螺旋槳20的例子，作為驅動單元22，除了電動馬達、液壓馬達等以外，如果需要，還能夠聯結主機(主發動機)12而得到驅動力。
構成為，驅動單元22對輸出軸23的旋轉驅動力經由一對錐齒輪24傳遞到縱軸25，經由設於縱軸25上的一對錐齒輪26而作為螺旋槳驅動軸27的旋轉力來傳遞，使在螺旋槳的周圍具有導管21A的導管螺旋槳21旋轉。
另一方面，構成為，驅動單元22對傳遞軸28的旋轉驅動力被傳遞到驅動小齒輪29、與驅動小齒輪29嚙合的大齒輪30，能夠使導管螺旋槳21繞縱軸25旋轉。
此外，如圖2所示，比船底10A靠下方的包含導管螺旋槳21的機器處於向船底10A外突出的狀態，但是，由於在通常的航海中成為阻礙，因此能夠收入到船內的結構是理想的。10B是在收入到船內後進行封閉的遮蔽部件。
在是該船構造的情況下，在裝載了貨物R時，如圖1所示，在接近計畫滿載吃水的吃水狀態下，通過主機12驅動主螺旋槳11而航行。
在卸貨後，尤其在天氣好的日子，或在平靜的海上，對船舶航海時的穩定性過度嚴格的必要性較低，因此，如圖3所示，在使吃水線下降的狀態下，通過小型的追加螺旋槳20使船行駛。該情況下，如圖3的白色箭頭所示，能夠適當選擇船的行進方向，根據船的行進方向通過橋樓13對船首、船尾進行監視。
其結果是，通過使吃水線下降，能夠明顯使排水量降低，外板與水的接觸面積變小，能夠改善水線面積係數，燃料消耗的降低效果巨大。
此外，由於是驅動小型的追加螺旋槳20，因此驅動單元22的輸出較小即可，根據以主機12的驅動單元的輸出的35%以下特別是25%以下尤其是10%~5%程度的輸出就能夠航行的觀點，燃料消耗的降低效果是巨大的。在天氣好的日子(蒲福風級為0~3的日子)的行駛速度為5~10節(knot)左右即可。
在該船舶裝滿貨物R後出港並轉變為通常的航海的情況下，主要驅動追加螺旋槳，或者驅動主螺旋槳11，或者並用追加螺旋槳和主螺旋槳11，以較淺的吃水進行航海。
此外，在天氣不好的情況下，即使是空船，也能夠在注入壓載水BW(壓載水的存儲空間未圖示。)而穩定化後的狀態下，通過小型的追加螺旋槳20或主螺旋槳11使船行駛。
當導管螺旋槳21能夠繞上下軸線旋轉時，在必要的運轉狀態下，如圖3所示，能夠驅動導管螺旋槳21向船尾方向進行推進。
當導管螺旋槳21能夠繞縱軸25(上下軸線)旋轉時，通過在追加螺旋槳和主螺旋槳並用運轉中適當地使追加螺旋槳繞上下軸線旋轉，能夠附加轉向功能，能夠提高船舶操縱(方向)性。此外，在該船靠岸時，能夠使其朝橫向而作為滑動推進器來利用。
此外，能夠將導管螺旋槳21的推進方向設為船首方向。因此，能夠針對主螺旋槳11預先設置防止其旋轉的螺旋槳空轉防止裝置11A。
如果需要，還能夠以船的中心線為邊界在左右設置導管螺旋槳21。通過使左右的導管螺旋漿21、21繞上下軸線旋轉，能夠提高船舶操作性。此外，在作為滑動推進器來利用時，靠岸變得更簡單。
另一方面，最好是如圖4所示，追加螺旋槳20在導管螺旋槳21的導管21A上形成空氣吹出部21B，從該空氣吹出部21B吹出空氣，能夠一邊在船底生成氣泡B的流一邊進行航行。
通過從空氣吹出部21B吹出空氣而一邊在船底生成氣泡流一邊進行航行，能夠通過生成的氣泡B而降低船體的摩擦。本發明的追加螺旋槳20通過在導管螺旋槳21的導管21A的上側設置空氣吹出部21B，能夠降低船體(特別是船底)的摩擦，進行經濟的航行。
產業上的可用性
本發明除了能夠應用於一般貨船以外，還能夠應用於集裝箱船、油輪、LNG船、汽車運輸船、散貨船、貨客船等。

Claims (8)

  1. 一種船，其特徵在於，在通過主機驅動主螺旋槳而得到推進力的船舶上設置有追加螺旋槳及該追加螺旋槳的驅動單元，驅動單元的輸出為主機的輸出的35%以下，一台或多台所述追加螺旋槳基於該船的種類及作業條件被配置在船底，或船底上升部的船首區域、中間區域和/或船尾區域，與所述主螺旋槳的配置位置不同的位置處，該船能夠根據選擇：在負載狀態時單獨驅動該主螺旋槳或單一台所述追加螺旋槳而得到推進力的運轉狀態；和在空載狀態時驅動該主螺旋槳、一台或多台所述追加螺旋槳上述的任意組合而得到推進力的運轉狀態；其中，所述追加螺旋槳是導管螺旋槳，能夠選擇向船外突出的狀態和被收入到船內的狀態，所述導管螺旋槳能夠繞上下軸線旋轉，附加轉向功能，能夠提高船舶操縱(方向)性，此外，在該船靠岸時，能夠使其朝橫向而作為滑動推進器來利用。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的船，其中，所述主螺旋槳在裝載貨物的情況下驅動該船航行，且所述追加螺旋槳在滿載貨物或部份裝載貨物的情況下驅動可增加該船的移動速度；所述追加螺旋槳在該船吃水線下降，且於海象許可的情況下或是最小壓艙水的情況下驅動該船航行，所述海象許可是指天氣好的日子或在平靜的海上。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的船，其中，在追加螺旋槳的導管上部設置有空氣吹出部，從該空氣吹出部吹出空氣，當該船在航行時可船底生成氣泡流降低船體的摩擦。
  4. 一種船的航行方法，其特徵在於，在通過主機驅動主螺旋槳而得到推進力的船舶上設置有追加螺旋槳及該追加螺旋槳的驅動單元，所述追加螺旋槳被配置在船底或船底上升部的與所述主螺旋槳的配置位置不同的位置處，裝載了貨物時，在接近計畫滿載吃水的吃水狀態下，通過該主機驅動該主螺旋槳而航行，在卸貨後，尤其在天氣好的日子，或在平靜的海上，在使吃水線下降的狀態下，通過小型的追加螺旋槳使船行駛，該情況下，能夠適當選擇船的行進方向，根據船的行進方向通過橋樓對船首、船尾進行監視；通過使吃水線下降，能夠明顯使排水量降低，外板與水的接觸面積變小，能夠改善水線面積係數，燃料消耗的降低效果巨大。
  5. 根據申請專利範圍第4所述的船的航行方法，其中，所述追加螺旋槳是導管螺旋槳，該導管螺旋槳被設置在船首區域上，在空載狀態下驅動所述導管螺旋槳而向船尾方向進行推進。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的船的航行方法，其中，所述導管螺旋槳能夠從船外收入到船內，在空載狀態下，使所述導管螺旋槳從船內突出到船外後，驅動所述導管螺旋槳而向船尾方向進行推進。
  7. 根據申請專利範圍第5或第6項所述的船的航行方法，其中，在空載狀態下驅動所述導管螺旋槳而向船尾方向進行推進時，主螺旋槳的一部分或全部位於吃水線以上。
  8. 根據申請專利範圍第4項所述的船的航行方法，其中，在追加螺旋槳的導管上部設置有空氣吹出部，從該空氣吹出部吹出空氣，一邊在船底生成氣泡流一邊進行航行。
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