JP2019006169A - Marine propulsion device and ship equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶用推進装置及びそれを備えた船舶に関する。 The present invention relates to a marine vessel propulsion device and a marine vessel provided with the same.
従来、スクリュープロペラのプロペラボスに取り付けるキャップにフィンを設け、スクリュープロペラの推進性能を向上する船舶用推進装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の船舶用推進装置においては、キャップに設けられるフィンの形状を、後半部において後縁側をカットした形状とすることにより、プロペラ後方の縮流に対するフィン効果を維持しながら、フィンの抵抗を少なくして推進効率を増加させている。
Conventionally, a marine propulsion device has been proposed in which a fin attached to a propeller of a screw propeller is provided with a fin to improve the propulsion performance of the screw propeller (see, for example, Patent Document 1). In the marine vessel propulsion device described in
しかしながら、特許文献1に記載の船舶用推進装置においては、主にキャップの側面から側方に向けてフィンが延出して設けられている。このため、スクリュープロペラの回転軸を基準とした、フィンの径方向の外周端がプロペラボスの外周面から外側に大きく突出している。このため、フィンの外周端周辺からキャビテーションが生じ、このキャビテーションが騒音の原因となり得る。
However, in the marine vessel propulsion device described in
このようなフィンから生じるキャビテーションに起因する騒音は、航行時における静穏性の確保が要請される船舶において特に問題となる。近年、乗船時における快適性等の観点から、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる船舶が要請されている。 Noise caused by cavitation generated from such fins becomes a problem particularly in a ship that is required to ensure quietness during navigation. In recent years, there has been a demand for a ship capable of improving propulsion performance while ensuring quietness during navigation, from the viewpoint of comfort during boarding.
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる船舶用推進装置及びそれを備えた船舶を提供することを目的の1つとする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a marine vessel propulsion device capable of improving propulsion performance while ensuring quietness during navigation and a vessel equipped with the same. I will.
本発明の一態様の船舶用推進装置は、複数のブレードが外周面に設けられるプロペラボスと、複数のフィンが設けられ、前記プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備え、前記複数のフィンを前記キャップから後方側に延出して設けたことを特徴とする。 A marine propulsion device according to one aspect of the present invention includes: a propeller boss provided with a plurality of blades on an outer peripheral surface; and a cap provided with a plurality of fins and attached to a rear end portion of the propeller boss. The fin is provided to extend rearward from the cap.
この構成によれば、キャップから複数のフィンが後方側に延出して設けられることから、フィンを側方側に延出させる場合に比べて、フィンの外径をコンパクト化することができる。これにより、フィンの構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、プロペラボスの後方側の水流がフィンにより調整されることから、プロペラボスの後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。 According to this configuration, since the plurality of fins are provided to extend rearward from the cap, the outer diameter of the fins can be reduced compared to the case where the fins are extended to the side. Thereby, since the number of cavitations based on the configuration of the fins can be increased, the occurrence of cavitation can be suppressed. As a result, generation of noise due to cavitation can be prevented, and quietness during navigation can be ensured. Further, since the water flow on the rear side of the propeller boss is adjusted by the fins, the generation of the hub vortex formed on the rear side of the propeller boss can be suppressed, so that the propulsion performance can be improved. As a result, it is possible to improve propulsion performance while ensuring quietness during navigation.
本発明の船舶用推進装置において、前記キャップは、前記プロペラボスの後端部の外径よりも小径の小径部分を有し、前記フィンは、前縁部分の基端部が前記キャップの小径部分に配置されると共に、前記前縁部分がその基端部よりも後方側に延出して設けられる。この構成によれば、プロペラボスの外径よりも内側に配置されたキャップの一部からフィンが後方側に延出して設けられることから、フィンの開始点を流速が低い部分に配置することができる。これにより、フィンの後方側(背面側)における圧力を低くできるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。 In the marine vessel propulsion apparatus according to the present invention, the cap has a small diameter portion smaller than the outer diameter of the rear end portion of the propeller boss, and the fin has a proximal end portion of a front edge portion, the small diameter portion of the cap. The front edge portion is provided to extend rearward from the base end portion. According to this configuration, since the fin is provided to extend rearward from a part of the cap arranged on the inner side of the outer diameter of the propeller boss, the starting point of the fin can be arranged in a portion where the flow velocity is low. it can. Thereby, since the pressure in the back side (back side) of a fin can be made low, generation | occurrence | production of cavitation can be suppressed effectively.
例えば、本発明の船舶用推進装置において、前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内で後方側に延出して設けられる。この構成によれば、フィンの全体を流速が低い部分に配置できるので、更に効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、装置本体の回転軸を基準としたフィンの外径寸法をコンパクト化することができるので、フィンの外径寸法が反映されるキャビテーション数を大きくでき、キャビテーションを更に発生し難くすることができる。 For example, in the marine vessel propulsion apparatus of the present invention, the fin is provided to extend rearward within an inner region of an annular imaginary line extending rearward along the outer peripheral surface of the propeller boss. According to this structure, since the whole fin can be arrange | positioned in a part with low flow velocity, generation | occurrence | production of cavitation can be suppressed more effectively. In addition, since the outer diameter dimension of the fin with respect to the rotation axis of the apparatus main body can be made compact, the number of cavitations reflecting the outer diameter dimension of the fin can be increased, and cavitation can be further prevented from occurring. .
また、本発明の船舶用推進装置において、前記フィンは、前記プロペラボスの外周面に沿って後方側に延ばした環状の仮想線の内側領域内に配置される部分の割合が、前記仮想線の外側領域に配置される部分よりも大きい構成としてもよい。この構成によれば、フィンの大部分を流速が低い部分に配置できるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。一方、フィンの一部をプロペラボスの外周面よりも外側に配置できるので、フィンによる推進力を確保することができる。 Further, in the marine vessel propulsion device of the present invention, the proportion of the fins arranged in the inner region of the annular virtual line extending rearward along the outer peripheral surface of the propeller boss It is good also as a structure larger than the part arrange | positioned in an outer side area | region. According to this configuration, since most of the fins can be arranged in a portion where the flow velocity is low, the occurrence of cavitation can be effectively suppressed. On the other hand, since a part of fin can be arrange | positioned outside the outer peripheral surface of a propeller boss, the driving force by a fin is securable.
さらに、本発明の船舶用推進装置において、前記フィンは、装置本体の回転軸を基準とした径方向の外周端部に円弧部分を設けることが好ましい。この構成によれば、フィンの外周端部周辺での圧力の低下を軽減でき、当該外周端部から発生するキャビテーションを抑制することができる。 Furthermore, in the marine vessel propulsion apparatus according to the present invention, it is preferable that the fin is provided with an arc portion at an outer peripheral end portion in a radial direction with reference to the rotation axis of the apparatus main body. According to this configuration, it is possible to reduce the pressure drop around the outer peripheral edge of the fin, and to suppress cavitation generated from the outer peripheral edge.
本発明の一態様の船舶用推進装置は、プロペラ軸に固定されるプロペラボスと、前記プロペラボスの外周面に設けられる複数のブレードと、前記プロペラボスの後端部分に設けられる複数のフィンと、を備え、前記複数のフィンを前記プロペラボスの後端部分から後方側に延出して設けたことを特徴とする。 The marine vessel propulsion device according to one aspect of the present invention includes a propeller boss fixed to a propeller shaft, a plurality of blades provided on an outer peripheral surface of the propeller boss, and a plurality of fins provided at a rear end portion of the propeller boss. The plurality of fins are provided so as to extend rearward from a rear end portion of the propeller boss.
この構成によれば、プロペラボスの後端部分から複数のフィンが後方側に延出して設けられることから、フィンを側方側に延出させる場合に比べて、フィンの外径をコンパクト化することができる。これにより、フィンの構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、プロペラボスの後方側の水流がフィンにより調整されることから、プロペラボスの後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。 According to this configuration, since the plurality of fins are provided to extend rearward from the rear end portion of the propeller boss, the outer diameter of the fins is reduced compared to the case where the fins are extended to the side. be able to. Thereby, since the number of cavitations based on the configuration of the fins can be increased, the occurrence of cavitation can be suppressed. As a result, generation of noise due to cavitation can be prevented, and quietness during navigation can be ensured. Further, since the water flow on the rear side of the propeller boss is adjusted by the fins, the generation of the hub vortex formed on the rear side of the propeller boss can be suppressed, so that the propulsion performance can be improved. As a result, it is possible to improve propulsion performance while ensuring quietness during navigation.
本発明の一態様の船舶は、上述したいずれかの船舶用推進装置を備えることを特徴とする。この構成によれば、上述した船舶用推進装置により奏する効果を船舶で得ることができるので、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能が向上された船舶を提供することができる。 A ship according to one embodiment of the present invention includes any of the above-described ship propulsion devices. According to this configuration, since the effect produced by the above-described marine vessel propulsion device can be obtained by the vessel, it is possible to provide a vessel with improved propulsion performance while ensuring quietness during navigation.
本発明によれば、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができる。 According to the present invention, it is possible to improve propulsion performance while ensuring quietness during navigation.
以下、添付図面を参照して、本実施の形態の船舶用推進装置の一例であるスクリュープロペラについて説明する。なお、本実施の形態に係るスクリュープロペラは、可変ピッチプロペラ(CPP:Controllable Pitch Propeller)に好適に使用されるが、その適用対象はCPPに限定されるものではなく、固定ピッチプロペラ(FPP:Fixed Pitch Propeller)にも使用することができる。 A screw propeller that is an example of a marine vessel propulsion device according to the present embodiment will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, although the screw propeller which concerns on this Embodiment is used suitably for a variable pitch propeller (CPP: Controllable Pitch Propeller), the application object is not limited to CPP, A fixed pitch propeller (FPP: Fixed) (Pitch Propeller) can also be used.
また、本実施の形態に係るスクリュープロペラは、プロペラ前進率Jが0.8以上の高速航行が可能な船舶に好適に使用される。しかしながら、その適用対象は、上記に該当する船舶に限定されるものではなく、プロペラ前進率Jが0.8より小さい船舶にも適用することができる。なお、プロペラ前進率Jは、以下の式1により求められる。式中の「Va」はプロペラ前進速度[m/s]を示し、「n」はプロペラの回転数[rps]を示し、「D」はプロペラの直径[m]を示す。
J = Va / n×D (式1)
Further, the screw propeller according to the present embodiment is suitably used for a ship capable of high-speed navigation with a propeller advance rate J of 0.8 or more. However, the application target is not limited to the ship corresponding to the above, and can be applied to a ship having a propeller advance rate J smaller than 0.8. The propeller advance rate J is obtained by the following
J = Va / n × D (Formula 1)
図1は、本実施の形態に係る船舶用推進装置の一例であるスクリュープロペラ1の斜視図である。図2は、本実施に係る形態のスクリュープロペラ1の側面図である。以下の説明においては、図1及び図2に示す前後方向を、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1及びこのスクリュープロペラ1が搭載される船舶の前後方向と呼ぶものとする。なお、図2においては、説明の便宜上、後述するキャップ4の前端部分41と小径部分42との境界を破線で示している。なお、図3〜図5においても同様である。
FIG. 1 is a perspective view of a
図1及び図2に示すように、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1は、図示しない駆動源からの推進力が伝達されるプロペラ軸に固定されるプロペラボス(以下、単に「ボス」という)2と、ボス2の外周面に設けられる複数(本実施の形態では5枚)のブレード3と、ボス2の後端部に取り付けられるキャップ4とを含んで構成される。ボス2、ブレード3及びキャップ4は、駆動源からの推進力により一体的に回転可能に構成される。本実施の形態に係るスクリュープロペラ1は、回転軸Aを基準として矢印B方向に回転する(図1参照)。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ボス2は、概して円筒形状を有し、例えば、図示しないプロペラ軸の外周部に固定される。ボス2は、正面視にて、円形状を有する外周面21を備える。ボス2の外周面21には、複数のブレード3が設けられる。なお、複数のブレード3がボス2と別部品として構成される場合、外周面21には、複数のブレード3が嵌合される複数の溝部が形成される。これらの溝部は、ブレード3の嵌合部分における断面形状に一致した形状を有している。
The
複数のブレード3は、ボス2の外周面21にて周方向に等間隔を空けて配置される。複数のブレード3は、それぞれボス2の外周面21から径方向外側に向かって延びるように設けられている。ボス2及びブレード3は、銅合金等の金属材料を鋳造することで一部品として形成することができる。しかしながら、ボス2及びブレード3の構成については、これに限定されるものではなく任意の構成を採用できる。例えば、ボス2を銅合金で形成する一方、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)等で製造したブレード3をボス2の外周面21に嵌合させてもよい。
The plurality of
キャップ4は、例えば、繊維強化プラスチック(FRP)材料で成形されるが、これに限定されない。キャップ4は、ボス2の後端部22に取り付けられ、ボス2の外周面21に一体化されると共に、緩やかにキャップ4の中央側(スクリュープロペラ1の回転軸A側)に湾曲して後方側に平坦面が形成される外面形状を有している。より具体的にいうと、キャップ4は、ボス2の後端部22の外径と同径の前端部分41と、この前端部分41の後方側に連続して配置され、前端部分41の外径よりも小径の小径部分42と、この小径部分42の後縁部分に連続して配置され、スクリュープロペラ1の回転軸Aと直交して延在する平面部分43とを有している(図2参照)。
The cap 4 is formed of, for example, a fiber reinforced plastic (FRP) material, but is not limited thereto. The cap 4 is attached to the
なお、小径部分42は、前端部分41の外周縁から後方側に行くに連れて内側に湾曲しながら次第に小径となる構成を有する。この小径部分42は、湾曲部分と呼んでもよい。また、前端部分41及び平面部分43は、必ずしも必要ない。例えば、前端部分41及び平面部分43を省略し、キャップ4全体をボス2の外周面21よりも小径の小径部分42(湾曲部分)で構成してもよい。この場合には、小径部分42の前端縁部がボス2の外周面21と同径とされることが好ましい。また、平面部分43を省略し、キャップ4の後端側部分を小径部分42(湾曲部分)で構成してもよい。さらに、前端部分41を省略し、小径部分42及び平面部分43でキャップ4を構成してもよい。
The small-
キャップ4には、その表面に沿って複数(本実施の形態では5枚)のフィン44が立設されている。例えば、これらのフィン44は、後面視にて、ボス2に設けられた隣接するブレード3の間の位置に配置されるが、これに限定されない。フィン44は、ブレード3の回転に伴ってボス2の後方側に発生する渦(以下、適宜「ハブ渦」という)の発生を抑制することを前提として、キャップ4における周方向の任意の位置に配置することができる。
A plurality (five in the present embodiment) of
このような構成を有するスクリュープロペラ1において、駆動源から推進力を得てブレード3及びフィン44が回転すると、フィン44がボス2の後方側の水流を調整することで、ボス2の後方側に発生するハブ渦が除去される。これにより、ハブ渦に起因するエネルギーのロスを軽減すると同時に推進力を増大することができる。なお、ハブ渦は、渦キャビテーションと呼ばれることもある。
In the
ところで、キャップ4に設けられるフィン44は、スクリュープロペラ1の回転軸Aを基準とした、径方向の外周端の寸法(外径)を大きくすると、推進力を確保できる一方で、フィン44の構成に基づくキャビテーション数が小さくなる。すなわち、フィン44の構成に基づくキャビテーションは、フィン44の表面上の圧力係数−Cpがキャビテーション数σnよりも大きくなる場合に発生する。このため、フィン44の外径が大きくなると、フィン44の外周端周辺からキャビテーションが生じ易くなる。
By the way, the
ここで、圧力係数Cpは、一般に以下の式2により求められる。式中の「P」は表面上の圧力を示し、「P∞」は無限遠の圧力(実船では大気圧)を示し、「ρ」は海水の密度を示し、「n」はプロペラの回転数[rps]を示し、「D」はプロペラの直径[m]を示す。ここでは、「n」、「D」は、フィン44の回転数及び直径に置換される。
Cp = (P−P∞) / 0.5×ρ×n2×D2 (式2)
Here, the pressure coefficient Cp is generally obtained by the
Cp = (P−P∞) /0.5×ρ×n 2 × D 2 (Formula 2)
また、キャビテーション数σnは、一般に以下の式3により求められる。式中の「P∞」は無限遠の圧力(実船では大気圧)を示し、「Pv」は海水の蒸気圧を示し、「ρ」は海水の密度を示し、「n」はプロペラの回転数[rps]を示し、「D」はプロペラの直径[m]を示す。ここでは、「n」、「D」は、フィン44の回転数及び直径に置換される。
σn = (P∞−Pv) / 0.5×ρ×n2×D2 (式3)
Further, the cavitation number σn is generally obtained by the following
σn = (P∞−Pv) /0.5×ρ×n 2 × D 2 (Formula 3)
フィン44から発生したキャビテーションは、スクリュープロペラ1におけるエネルギーのロスの原因となるだけでなく、航行に伴う騒音の原因となる。このため、特に航行時における静穏性が要請される船舶においては、フィン44からのキャビテーションの発生を極力抑制する必要がある。
The cavitation generated from the
本発明者等は、ハブ渦の除去に寄与するフィン44の構成が、船舶の航行時における静穏性を阻害する原因となっている点に着目した。そして、キャップ4に設けるフィン44をキャップ4の側方側(図1及び図2における上下方向側)ではなく、キャップ4の後方側に延出させることが航行時における静穏性の確保に寄与することを見出し、本発明に想到した。
The present inventors paid attention to the fact that the configuration of the
すなわち、本発明の骨子は、複数のブレード3が外周面に設けられるボス2と、複数のフィン44が設けられ、ボス2の後端部に取り付けられるキャップ4とを備えるスクリュープロペラ1において、複数のフィン44をキャップ4から後方側に延出して設けることである。
That is, the outline of the present invention includes a
この構成によれば、キャップ4から複数のフィン44が後方側に延出して設けられることから、フィン44を側方側(図1及び図2における上下方向側)に延出させる場合に比べて、フィン44の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン44の構成に基づくキャビテーション数を大きくすることができるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、ボス2の後方側の水流がフィン44により調整されることから、ボス2の後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。
According to this configuration, since the plurality of
以下、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1が有するフィン44の構成について、図3及び図4を参照して説明する。図3及び図4は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1が有するフィン44の構成を説明するための模式図である。図3においては、キャップ4を側方から示し、図4においては、キャップ4を上方側から示している。また、図3及び図4においては、説明の便宜上、単一のフィン44を示している。
Hereinafter, the structure of the
図3に示すように、フィン44は、キャップ4に連結される基端部が小径部分42から平面部分43に回り込んで配置されている。フィン44の前縁部分441の基端部(以下、適宜「前縁基端部」という)44aは、小径部分42(より具体的には、小径部分42の中央部分近傍)に連結されている。一方、フィン44の最も内側に配置される基端部(以下、適宜「内側基端部」という)44bは、スクリュープロペラ1の回転軸Aの近傍の平面部分43に連結されている。
As shown in FIG. 3, the
スクリュープロペラ1においては、このように前縁基端部44aを小径部分42に配置する一方、内側基端部44bを回転軸Aの近傍に配置することにより、キャップ4に対するフィン44の連結部分を長く確保している。これにより、フィン44自体の強度を確保することができる。この結果、フィン44の厚み寸法を小さくすることできるので、キャップ4の軽量化を通じてスクリュープロペラ1の推進性能を改善することができる。
In the
フィン44の前縁部分441は、前縁基端部44aよりも後方側に延出して設けられている。すなわち、前縁部分441は、ボス2の外周面21よりも内側(回転軸A側)の位置に開始点が配置されている。図3に示すフィン44では、前縁部分441がキャップ4の後方側であって上方側に延出する場合について示している。なお、前縁部分441は、前縁基端部44aよりも後方側に延出することを条件として、その延出角度については任意に変更が可能である。例えば、スクリュープロペラ1の回転軸Aと平行に後方側に延出する構成であってもよい。
The
フィン44の後縁部分442は、側面視にて、キャップ4の平面部分43より後方側の位置で、平面部分43を含む平面と平行に延在している。図示しない他のフィン44の後縁部分442も同様の構成を有している。すなわち、全てのフィン44の後縁部分442は、側面視にて、同一平面上に配置されている。このようにフィン44の後縁部分442をキャップ4の平面部分43と平行にする配置することにより、キャップ4の後方側で水流が撹拌されキャップ4の後方側での負圧領域の形成を防止することができる。この結果、負圧領域の発生に伴う抵抗を除去でき、スクリュープロペラ1における推進性能を向上することができる。なお、後縁部分442の構成については、これに限定されるものではなく、平面部分43を含む平面と交差する方向に延在していてもよい。
The
前縁部分441と後縁部分442との間には、円弧部分443が形成されている。すなわち、フィン44は、前縁部分441がキャップ4の後方側に延出すると共に、キャップ4の上下方向の中心側に緩やかに湾曲する円弧部分443を介して後縁部分442に連なっている。なお、円弧部分443は、スクリュープロペラ1の回転軸Aを基準とした、フィン44の径方向の外周端部を構成する。
An
また、円弧部分443で構成されるフィン44の外周端部は、ボス2の外周面21に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Cの内側領域内に配置されている。図示しない他のフィン44の円弧部分443も同様の構成を有している。すなわち、すなわち、キャップ4に設けられた複数のフィン44は、後面視にて、その全体がボス2の外周面21よりも内側の領域内に収容されている。
Further, the outer peripheral end portion of the
フィン44の前縁部分441には、図4に示すように、両面に円弧形状部441a、441bが形成されている。円弧形状部441aは、船舶の前進時におけるフィン44の回転方向の後面側に配置され、円弧形状部441bは、フィン44の回転方向の前面側に配置されている。前縁部分441における円弧形状部441bの形成領域は、円弧形状部441aよりも大きく構成されている。円弧形状部441bは、円弧形状部441aよりも大きなR形状を有している。詳細について後述するように、これらの円弧形状部441a、441bは、ブレード3からの水流がフィン4から剥離するのを抑制する役割を果たす。
As shown in FIG. 4, arc-shaped
以下、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1の構成によって得られる、キャビテーションの抑制効果及び推進性能の改善効果について説明する。まず、スクリュープロペラ1で得られるキャビテーションの抑制効果について、図5及び図6を参照して説明する。図5は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1の周辺の流速分布の説明図である。図5においては、スクリュープロペラ1の周辺の流速の概要を斜線間の幅で示している。斜線間の幅が狭いほど流速が早いことを示し、斜線間の幅が広いほど流速が遅いことを示している。
Hereinafter, the effect of suppressing cavitation and the effect of improving propulsion performance obtained by the configuration of the
図5に示す領域Aには、流速5m/s以上の水流が形成されている。領域Bには、流速3.5〜5m/sの水流が形成されている。領域Cには、流速1.5〜3.5m/sの水流が形成されている。領域Dには、流速0〜1.5m/sの水流が形成されている。なお、図5に示すこれらの領域A〜Dの流速は一例を示すものであり、スクリュープロペラ1が搭載される船舶の航行速度等に応じて適宜変化する。
In region A shown in FIG. 5, a water flow having a flow velocity of 5 m / s or more is formed. In the region B, a water flow having a flow rate of 3.5 to 5 m / s is formed. In the region C, a water flow having a flow rate of 1.5 to 3.5 m / s is formed. In the region D, a water flow having a flow velocity of 0 to 1.5 m / s is formed. Note that the flow speeds in these areas A to D shown in FIG. 5 are examples, and appropriately change according to the navigation speed of the ship on which the
図5に示すように、ボス2の外周面21の周囲に位置する領域では、外周面21からの距離が大きくなるほど流速が速くなっている。ボス2の外周面21の近傍には、流速1.5〜3.5m/sの領域Cが形成されている。一方、キャップ4の後方側には、流速1.5〜3.5m/sの領域C及び流速0〜1.5m/sの領域Dが形成されている。特に、キャップ4の中央部周辺(スクリュープロペラ1の回転軸Aの周辺:図2参照)の後方側に流速0〜1.5m/sの領域Dが形成されている。
As shown in FIG. 5, in the region located around the outer
このようにキャップ4の後方側の領域(言い換えると、ボス2の外周面よりも内側の領域)は、ボス2の外周面21より外側の領域よりも流速が低い。ここで、フィン44からのキャビテーションの発生には、フィン44の背面側(後方側)の圧力が影響する。すなわち、フィン44の背面側の圧力が低くなるほどキャビテーションが発生し易くなる。フィン44の背面側の圧力は、フィン44に流入する流れが速ければ速いほど低くなる。
As described above, the region on the rear side of the cap 4 (in other words, the region inside the outer peripheral surface of the boss 2) has a lower flow velocity than the region outside the outer
スクリュープロペラ1においては、このような観点から、フィン44の背面側の圧力の低下を防止し、キャビテーションの発生を抑制するため、フィン44の前縁部分441の基端部44aをキャップ4の小径部分42に配置し、前縁部分441を基端部44aよりも後方側に延出させている。これにより、フィン44の前縁部分441の基端部44aを相対的に流速の低い部分に配置することができ、フィン44からのキャビテーションの発生を効果的に抑制することができる。
In the
特に、プロペラ3の回転軸Aを基準としたフィン44の径方向の外周端部には、上述したように円弧部分443が設けられている。このようにフィン44の外周端部に緩やかに湾曲する円弧部分443を設けることにより、フィン44の外周端部周辺での圧力の低下を軽減することができ、当該外周端部から発生するキャビテーションを更に抑制することができる。
In particular, the
また、フィン44の前縁部分441には、円弧形状部441a、441bが設けられている(図4参照)。図6は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1が有するフィン44の前縁部分441周辺の拡大図である。図6Aにおいては、本実施の形態に係るフィン44の前縁部分441を示し、図6Bにおいては、前縁部分に円弧形状部を設けていない参照例に係るフィン44´の前縁部分441´を示している。なお、図6Bでは、説明の便宜上、本実施の形態に係るフィン44と同一の符号を付与している。
Further, arc-shaped
図6Bに示すフィン44´の周辺に前方側のブレード3からの水流が流入すると、前縁部分441´の近傍にて水流の向きが急激に変化することとなる。このため、前縁部分441´の近傍で水流が前縁部分441´の表面から剥離(離間)する領域(剥離領域)SAが発生する。例えば、剥離領域SAは、前縁部分441´の両面に発生し得る。このような剥離領域SAでは、圧力が低下し、キャビテーションが発生し易くなる。
When the water flow from the
このような前縁部分441におけるキャビテーションの発生を抑制すべく、本実施の形態に係るフィン44においては、図6Aに示すように、前縁部分441に円弧形状部441a、441bを設けている。これらの円弧形状部441a、441bにより、前方側のブレード3から流入した水流は、向きを急激に変化させることなく後方側に案内される。これにより、前縁部分441の周辺で水流が剥離する事態を回避できるので、キャビテーションの発生を効果的に抑制することができる。
In order to suppress the occurrence of cavitation in the
次に、スクリュープロペラ1で得られる推進性能の改善効果について、図7及び図8を参照して説明する。図7は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1の周辺の圧力分布の説明図である。図7においては、スクリュープロペラ1の周辺の圧力の概要を斜線間の幅で示している。斜線間の幅が狭いほど圧力が高いことを示し、斜線間の幅が広いほど圧力が低いことを示している。図7Aにおいては、本実施の形態に係るキャップ4を示し、図7Bにおいては、フィン44を設けていない参照例に係るキャップ4´を示している。なお、図7Bでは、説明の便宜上、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1と同一の符号を付与している。
Next, the improvement effect of the propulsion performance obtained with the
図7において領域A、B、C、Dには、プロペラ遠方の基準圧力に対する差圧領域を示している。領域Aには、基準圧力に対して600Paより大きい圧力差がある圧力領域が形成されている。領域Bには、基準圧力に対して0Pa〜600Paの圧力差がある圧力領域が形成されている。領域Cには、基準圧力に対して−1000〜0Paの圧力差がある圧力領域が形成されている。領域Dには、基準圧力に対して−1000Paより低い圧力差がある圧力領域が形成されている。なお、図7に示すこれらの領域A〜Dの基準圧力に対する圧力差は一例を示すものであり、スクリュープロペラ1が搭載される船舶の航行速度等に応じて適宜変化する。
In FIG. 7, regions A, B, C, and D indicate differential pressure regions with respect to a reference pressure far from the propeller. In the region A, a pressure region having a pressure difference larger than 600 Pa with respect to the reference pressure is formed. In the region B, a pressure region having a pressure difference of 0 Pa to 600 Pa with respect to the reference pressure is formed. In the region C, a pressure region having a pressure difference of −1000 to 0 Pa with respect to the reference pressure is formed. In the region D, a pressure region having a pressure difference lower than −1000 Pa with respect to the reference pressure is formed. In addition, the pressure difference with respect to the reference pressure in these areas A to D shown in FIG. 7 is an example, and changes appropriately according to the navigation speed of the ship on which the
図7Bに示すように、キャップ4´にフィン44が設けられていない場合には、キャップ4´の後方側で水流がキャップ4´の表面から剥離(離間)する。この剥離に伴って対応する領域の圧力が低下し、キャップ4´の後方には圧力領域Dが形成されている。圧力領域Dは、負圧領域を構成することとなり、スクリュープロペラ1を後方側に引っ張る力を作用させる。この結果、スクリュープロペラ1における推進性能を低下させる。
As shown in FIG. 7B, when the cap 4 'is not provided with the
本実施の形態に係るスクリュープロペラ1においては、このような観点から、キャップ4の後方側における負圧領域の発生を抑制するため、図7Aに示すように、キャップ4の後方側にフィン44が張り出すように延出させている。このため、キャップ4の後方側で水流がフィン44により撹拌される。これにより、キャップ4の後方側で水流がキャップ4の表面から剥離することが抑制されるので、キャップ4の後方側に負圧領域が形成されるのを防止することができる。この場合、キャップ4の後方には、図7Aに示すように圧力領域Aが形成されている。この結果、負圧領域の発生に伴う抵抗を除去でき、スクリュープロペラ1における推進性能を向上することができる。
In the
また、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1においては、キャップ4から複数のフィン44が後方側に延出して設けられることから、フィン44を側方側(図1及び図2における上下方向側)に延出させる場合に比べて、フィン44の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン44の構成に基づくキャビテーション数を大きくすることができるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。
Further, in the
さらに、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1において、ブレード3及びフィン44には図8に示す揚力が作用している。図8は、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1に発生する揚力の説明図である。図8においては、ブレード3及びフィン44の断面を示している。なお、以下においては、説明の便宜上、図8に示すブレード3の上面をブレード上面31と呼び、ブレード3の下面をブレード下面32と呼ぶものとする。
Further, in the
図8に示すように、前方側からブレード3の周辺に流入した水流は、ブレード3の上下に分かれて流れる。この場合において、ブレード上面31の近傍の水流は、ブレード下面32の近傍の水流よりも速く流れる。このため、相対的にブレード上面31の近傍の圧力が低くなる一方、ブレード下面32の圧力が高くなる。これにより、ブレード3には、図8に示す揚力aが発生する。
As shown in FIG. 8, the water flow that flows from the front side to the periphery of the
図8に示す揚力aは、スクリュープロペラ1の推進方向ベクトルと回転方向ベクトルとに分解することができる。すなわち、揚力aは、スクリュープロペラ1を前方側に推進する推進方向成分a(スラストa)と、ブレード3を回転させる回転方向成分a(トルクa)で表される。ここで、スラストaの変化量に対してトルクaの変化量が大きい場合に、スクリュープロペラ1の推進性能は低下する。
The lift a shown in FIG. 8 can be decomposed into a propulsion direction vector and a rotation direction vector of the
本実施の形態に係るスクリュープロペラ1においては、ブレード3の後方であって、ブレード上面31に沿って流れる水流の流路上にフィン44を配置している。これにより、ブレード上面31に沿って流れた水流は、フィン44の近傍に流入する。言い換えると、ブレード上面31から吹き降ろされた水流がフィン44の近傍に流入している。このとき、フィン44は、ブレード3から流れ込む水流を受け、ブレード3とは逆方向の揚力bを発生させる。
In the
図8に示す揚力bは、揚力aと同様に、推進方向ベクトルと回転方向ベクトルとに分解することができる。すなわち、揚力bは、スクリュープロペラ1を後方側に推進する推進方向成分b(スラストb)と、ブレード3を回転させる回転方向成分b(トルクb)で表される。ここで、トルクbは、トルクaと反対方向に向けられている。
The lift b shown in FIG. 8 can be decomposed into a propulsion direction vector and a rotation direction vector similarly to the lift a. That is, the lift b is expressed by a propulsion direction component b (thrust b) for propelling the
本実施の形態に係るスクリュープロペラ1においては、ブレード3からの水流に応じてフィン44に発生する揚力(揚力b)を利用して、ブレード3に発生するトルク(トルクa)を相殺している。これにより、ブレード3に発生するトルクが低減されるので、スクリュープロペラ1の推進性能を向上することができる。このとき、フィン44には、後方側に推進するスラストbが発生するが、ブレード3に発生するスラストaと比べ、十分小さいので無視することができる。
In the
以上説明したように、本実施の形態に係るスクリュープロペラ1においては、キャップ4から複数のフィン44が後方側に延出して設けられることから、フィン44を側方側に延出させる場合に比べて、フィン44の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン44の構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、ボス2の後方側の水流がフィン44により調整されることから、ボス2の後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。
As described above, in the
特に、キャップ4は、ボス2の後端部22の外径よりも小径の小径部分42を有し、フィン44は、前縁基端部44aがキャップ4の小径部分42に配置されると共に、前縁部分441が前縁基端部44aよりも後方側に延出して設けられている。これにより、ボス2の外径よりも内側に配置されたキャップ4の一部からフィン44が後方側に延出して設けられることから、フィン44の開始点を流速が低い部分に配置することができる。これにより、フィン44の後方側(背面側)における圧力を低くできるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。
In particular, the cap 4 has a
また、フィン44は、ボス2の外周面21に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Cの内側領域にて、後方側に延出して設けられている(図3参照)。これにより、フィン44の全体を流速が低い部分に配置できるので、更に効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。しかも、スクリュープロペラ1の回転軸Aを基準としたフィン44の外径寸法をコンパクト化することができるので、フィン44の外径寸法が反映されるキャビテーション数を大きくでき、キャビテーションを更に発生し難くすることができる。
The
さらに、フィン44には、スクリュープロペラ1の回転軸Aを基準とした径方向の外周端部に円弧部分443が設けられている。これにより、フィン44の外周端部周辺での圧力の低下を軽減でき、当該外周端部から発生するキャビテーションを抑制することができる。
Further, the
なお、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。 The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments and modifications, and various changes, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the technical idea of the present invention. Furthermore, if the technical idea of the present invention can be realized in another way by technological advancement or another derived technique, the method may be used. Accordingly, the claims cover all embodiments that can be included within the scope of the technical idea of the present invention.
例えば、上記実施の形態においては、ボス2の後端部に取り付けられるキャップ4に複数のフィン44を設ける場合について説明している。しかしながら、複数のフィン44が形成される位置については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、キャップ4ではなく、ボス2の後端部分に直接フィン44を設ける構成としてもよい。この場合におけるボス2からのフィン44の延出方向については、上記実施の形態と同様である。
For example, in the above-described embodiment, a case where a plurality of
この構成によれば、ボス2の後端部分から複数のフィン44が後方側に延出して設けられることから、フィン44を側方側に延出させる場合に比べて、フィン44の外径をコンパクト化することができる。これにより、フィン44の構成に基づくキャビテーション数を大きくできるので、キャビテーションの発生を抑制することができる。この結果、キャビテーションに起因する騒音の発生を防止でき、航行時における静穏性を確保することができる。また、ボス2の後方側の水流がフィン44により調整されることから、ボス2の後方側に形成されるハブ渦の発生を抑制できるので、推進性能を向上することができる。この結果、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することが可能となる。
According to this configuration, since the plurality of
また、上記実施の形態において、フィン44は、ボス2の外周面21に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Cの内側領域内で後方側に延出する場合について説明している。しかしながら、フィン44の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、フィン44は、ボス2の外周面21に沿って後方側に延ばした環状の仮想線Cの内側領域内に配置される部分の割合が、仮想線Cの外側領域に配置される部分よりも大きい構成としてもよい。この場合には、フィン44の大部分を流速が低い部分に配置できるので、効果的にキャビテーションの発生を抑制することができる。
Moreover, in the said embodiment, the case where the
一方、フィン44の一部をボス2の外周面21よりも外側に配置できるので、上記実施の形態と比べ、フィン44による推進力を確保することができる。ボス2の外周面21よりも外側に突出するフィン44の突出量は、任意の長さに設定することができる。スクリュープロペラ1の回転に伴ってブレード3の外周端部からキャビテーションが発生するタイミングよりも、フィン44の外周端部からキャビテーションが発生するタイミングが遅くなるようにフィン44の突出量を設定することは実施の形態として好ましい。
On the other hand, since a part of the
また、上記実施の形態において、キャップ4は、前端部分41にてボス2の後端部22に取り付けられ、ボス2の外周面21に一体化されると共に、小径部分42にて緩やかにキャップ4の中央側(スクリュープロペラ1の回転軸A側)に湾曲し、後方側に平面部分43が形成される外周形状を有する場合について説明している。しかしながら、キャップ4の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。
Further, in the above embodiment, the cap 4 is attached to the
例えば、キャップ4は、小径部分42が後方側に凸の円錐形状を有し、平面部分43を省略する形状であってもよい。また、この円錐形状の先端に平面部分43を配置する形状(すなわち、円錐台形状)であってもよい。このように構成される場合であっても、上記実施の形態のようにフィン44を配置することにより、同様の作用及び効果を得ることができる。
For example, the cap 4 may have a shape in which the small-
さらに、上記実施の形態においては、外周面21が平行に配置された円筒形状を有するボス2を備える場合について説明している。しかしながら、ボス2の形状については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、ボス2は、前方側部分よりも後方側部分の径方向の寸法が小さい円筒形状を有していてもよい。このように変更される場合であっても、上記実施の形態のようにキャップ4に前縁部分41及び小径部分42を有し、小径部分42の一部からフィン44を後方側に延出させることにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
Furthermore, in the said embodiment, the case where the outer
以上説明したように、本発明は、航行時における静穏性を確保しながら、推進性能を向上することができるという効果を有し、特に、静穏性が要請される船舶に搭載される船舶用推進装置に有用である。 As described above, the present invention has an effect that propulsion performance can be improved while ensuring quietness at the time of navigation, and in particular, marine propulsion mounted on a ship that requires quietness. Useful for equipment.
1 スクリュープロペラ(船舶用推進装置)
2 プロペラボス(ボス)
3 ブレード
4 キャップ
41 前端部分
42 小径部分
43 平面部分
44 フィン
44a 基端部(前縁基端部)
44b 基端部(内側基端部)
441 前縁部分
441a、441b 円弧形状部
442 後縁部分
443 円弧部分
1 Screw propeller (propulsion device for ships)
2 propeller boss
3 Blade 4
44b Base end (inner base end)
441
Claims (7)
複数のフィンが設けられ、前記プロペラボスの後端部に取り付けられるキャップと、を備え、
前記複数のフィンを前記キャップから後方側に延出して設けたことを特徴とする船舶用推進装置。 A propeller boss with a plurality of blades provided on the outer peripheral surface;
A plurality of fins, and a cap attached to the rear end of the propeller boss,
The marine vessel propulsion device, wherein the plurality of fins are provided to extend rearward from the cap.
前記フィンは、前縁部分の基端部が前記キャップの小径部分に配置されると共に、前記前縁部分がその基端部よりも後方側に延出して設けられることを特徴とする請求項1に記載の船舶用推進装置。 The cap has a small diameter portion smaller than the outer diameter of the rear end portion of the propeller boss,
2. The fin according to claim 1, wherein a base end portion of a front edge portion is disposed at a small diameter portion of the cap, and the front edge portion extends rearward from the base end portion. The marine vessel propulsion device described in 1.
前記プロペラボスの外周面に設けられる複数のブレードと、
前記プロペラボスの後端部分に設けられる複数のフィンと、を備え、
前記複数のフィンを前記プロペラボスの後端部分から後方側に延出して設けたことを特徴とする船舶用推進装置。 Propellers fixed to the propeller shaft,
A plurality of blades provided on the outer peripheral surface of the propeller boss,
A plurality of fins provided at a rear end portion of the propeller boss,
The marine vessel propulsion device, wherein the plurality of fins are provided to extend rearward from a rear end portion of the propeller boss.
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