JP2692239B2

JP2692239B2 - 二重反転プロペラ装置

Info

Publication number: JP2692239B2
Application number: JP1034710A
Authority: JP
Inventors: 龍男藤田
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1989-02-14
Filing date: 1989-02-14
Publication date: 1997-12-17
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JPH02212293A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、船舶の二重反転プロペラ装置の改良に関
し、軸系の振動トルクのピークを移動できるようにして
低速回転域での運転をも可能としたものである。

［従来の技術］船舶の推進効率が向上を図るため二重反転プロペラ装
置が開発されており、例えば第５図に示すように、船尾
管軸受１に支持された内軸２及び外軸３で構成された二
重反転軸４のそれぞれの端部にプロペラ5,6を取付け、
主機７からの動力を反転歯車装置８を介して二重反転軸
４に伝達し、２つのプロペラ5,6を互いに反対方向にほ
ぼ等しい回転数で回転駆動して推力を得るようになって
いる。

このような二重反転プロペラ装置では、ディーゼル機
関などの主機７及び２つのプロペラ5,6を含む動力伝達
系が振動系を構成しており、ディーゼル機関などの爆発
により振動が発生し、動力伝達系の固有振動数では共振
状態となり、振動のピークが生じる。

このため低速ディーゼル機関を主機７として使用する
場合には、第６図に示すように、機関の常用運転回転数
範囲内で振動トルクＡに高いピークＢを持つことになる
が、このような振動トルクＡのピークＢが存在してもこ
れらの大きさが２つのプロペラ5,6を駆動するために伝
達される、いわゆる平均駆動トルクＣよりも小さい場合
には、何等問題とならない。

ところが、二重反転プロペラ装置を含む動力伝達系で
は、反転歯車装置８によって主機７からの駆動力をほぼ
1/2の大きさに分配してそれぞれのプロペラ5,6を駆動す
るため、平均駆動トルクＣも二重反転軸４の各軸2,3に
おいて、ほぼ1/2の大きさとなる一方、振動トルクＡは
反転歯車装置８の歯車列の部分でそのまま100％の値を
取るため、振動トルクＡが平均駆動トルクＣを上回って
しまう。

このように振動トルクＡが平均駆動トルクＣを上回っ
てしまうと、プロペラ5,6及び主機７を含む動力伝達系
が振動のため耐久性が低下したり、信頼性が低下するな
どの悪影響を受けるとともに、反転歯車装置８の歯車列
に歯がたたかれる現象であるチャタリングが生じ、歯の
損傷にまで至ることもある。

そこで、振動トルクＡが平均駆動トルクＣを上回って
しまう主機７の回転速度の範囲では、連続使用を禁止す
る。機関回転速度のいわゆる連続使用禁止範囲Ｄを設定
するようにしている。

ところが、この機関回転速度のいわゆる連続使用禁止
範囲Ｄを設定すると、通常、主機７の低回転域での運転
ができなくなり、最低船速が大きくなって出入港時に船
を微速（Dead Slow）で動かすことができなくなるとい
う操船上の不都合を生じる。

このための対策として反転歯車装置８の入力部に弾性
継手を介装して固有振動数を低下させるようにしたり、
第５図に示すように、反転歯車装置８の入力部と出力部
との間にクラッチ９を設けて二重反転軸４の一方の軸
（例えば外軸３）への駆動力の伝達を断続して駆動系の
質量を変えること（特開昭63−93698参照）が提案され
ている。

［発明が解決しようとする課題］ところが、弾性継手を介装して固有振動数を低下させ
るようにする場合にあっては、振動系の固有振動数の低
下が少なく、依然として常用回転数の範囲に振動トルク
ＡのピークＢが存在してしまうという問題がある。

また、弾性継手で大馬力、高トルクを伝達する場合に
は、弾性継手の外形が巨大となり、製作や装着が困難に
なってしまうことから、現状では、主機７の出力が5000
PS,150rpmまでの船舶に二重反転プロペラ装置を適用す
るのが限界であり、大馬力の主機を搭載する船舶への適
用ができないという問題がある。

一方、二重反転軸４の一方の軸への駆動力の伝達を断
続して駆動系の質量を変えるようクラッチ９を設ける場
合にも大馬力、高トルクを伝達しようとすると、クラッ
チ９の耐久性に問題がある。

また、一般に大馬力、高トルク伝達用のクラッチとし
て知られている湿式多板クラッチを使用して二重反転プ
ロペラ装置を構成する場合には、クラッチディスクから
の摩耗粉が歯車列や軸受に入り、これらの寿命を短くす
るという問題もある。

この発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされ
たもので、大馬力、高トルクで駆動することができると
ともに、操船に必要な微速状態での運転も可能な二重反
転プロペラ装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明
の二重反転プロペラ装置は、主機の駆動力を動力分配機
構を介して伝達し前後２つのプロペラを同軸上で互いに
反転駆動する二重反転プロペラ装置において、前記動力
分配機構を２つの太陽歯車と回転可能なキャリアで支持
された遊星歯車とを備えた遊星歯車機構で構成し、この
遊星歯車機構のキャリアに回転を拘束して駆動力を反転
伝達するとともにキャリアを遊転させて振動系の質量を
減少し得る制動手段を設けたことを特徴とするものであ
る。

［作用］この二重反転プロペラ装置によれば、反転駆動用の動
力分配機構を遊星歯車機構で構成し、前後２つのプロペ
ラのうち一方を主機と直結にするとともに、他方を２つ
の太陽歯車間で動力伝達を行うようにしておき、２つの
太陽歯車の間に配置された遊星歯車を支持するキャリア
を回転できるようにし、このキャリアの回転を制動手段
で拘束可能としており、キャリアを拘束することで反転
駆動を行なって二重反転プロペラとして機能させるよう
にする一方、キャリアを遊転状態として１つのプロペラ
だけによる単独駆動として動力伝達系の質量を小さく
し、共振点を下げて低回転域での航行を可能とするよう
にしている。

したがって、制動手段によるキャリアの固定解放を行
うことで二重反転プロペラの運転制御ができ、大馬力、
高トルクの動力伝達を行うことも簡単にできる。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明
する。

第１図〜第３図はこの発明の二重反転プロペラ装置の
一実施例にかかり、第１図は制動手段を省略した縦断面
図、第２図は制動手段部分の平面図、第３図は第１図の
III−III矢視図である。

この二重反転プロペラ装置10は、互いに逆ピッチの翼
が形成された２つのプロペラ11,12を備えており、これ
らプロペラ11,12が同軸上で前後して配置され、互いを
ほぼ同一の回転数で逆方向に駆動して推力を発生するよ
うになっている。

これら２つのプロペラ11,12を同軸上で反対方向に駆
動するため二重反転軸13が使用され、中心部の内軸14に
船尾側プロペラ11が連結され、内軸14の外周に配置され
た筒状の外軸15に船首側プロペラ12が連結されている。

この二重反転軸13は、船体16に取付けられた船尾管軸
受17によって外軸15の外周を支持することで回転可能と
されており、内軸14と外軸15との間に介装した軸受18に
よって内軸14及び外軸15が互いに逆方向に回転できるよ
うになっている。

また、船首側プロペラ12のボス内には、内軸14に設け
られたスラストカラー19を前後から挾むようにスラスト
パッド20が装着されており、船首側プロペラ12のスラス
トがスラストカラー19を介して内軸14に伝達されるとと
もに、船尾側プロペラ11のスラストも直接内軸に伝達さ
れ、主機21に内蔵されたスラスト軸受で一括して支持さ
れるようになっている。

さらに、船体16の二重反転軸13が貫通する隔壁部分に
は、シール装置22が設けられ、液密状態となっている。

このような二重反転軸13を介して主機21からの駆動力
を分配して反転伝達するため、二重反転軸13と主機21と
の間に動力分配機構23が設けられる。

この動力分配機構23は、遊星歯車機構で構成されてお
り、中心部の外歯車で構成された太陽歯車24と、外周部
の内歯車で構成された太陽歯車25と、これら２つの太陽
歯車24,25の間に入れられキャリア26に取付けられた遊
星歯車27とで構成される2S−Ｃ形（スター形）の遊星歯
車機構となっている。

そして、遊星歯車27が取付けられるキャリア26は、円
盤状に成形されて船体16などに固定されずにフリーに回
転できるようにされる一方、２つの太陽歯車24,25間で
動力の伝達を行うためキャリア26の回転を拘束できるよ
うに制動手段28が設けられており、キャリア26がディス
クブレーキのブレーキディスク29と兼用されるようにな
っている。

このブレーキディスク29の外周部分を船体16の前後方
向両側から挾むように船体16の幅方向両側に架台30が２
台立設され、架台30のコ字状の先端部内側にディスクパ
ッド31がそれぞれ装着され、図示しない油圧機構等でデ
ィスクブレーキを動作させることができるようになって
いる。

また、この制動手段28には、図示省略したが、制御器
が設けられており、主機21の回転速度を検出する検出器
からの信号で、ディスクブレーキを係合して二重反転プ
ロペラとして機能させたり、ディスクブレーキを解放し
て１つのプロペラだけの単独駆動に切替えることができ
るようにしてある。

このような遊星歯車機構で構成された動力分配機構23
では、低速ディーゼル機関などの主機21と直結され中間
軸受32で支持された中間軸33が中心部の太陽歯車24と連
結されるとともに、二重反転軸13の内軸14とも連結さ
れ、船尾側プロペラ11が主機21と直結状態となってい
る。

また、内歯車で構成された外周部の太陽歯車25と二重
反転軸13の外軸15とが連結されており、船首側プロペラ
12へは、制動手段28でキャリア26の回転を拘束したとき
に、内軸14の途中から太陽歯車24、遊星歯車27、太陽歯
車25、外軸15を介して主機21の駆動力が分配され、回転
方向が逆にされて伝達されるようになっている。

次に、このように構成された二重反転プロペラ装置10
の動作について説明する。

（１）通常の航行（制動による二重反転駆動）。

前後のプロペラ11,12を互いに反転駆動して通常の航
行を行う場合には、制動手段28のディスクブレーキを係
合し、動力分配機構23のキャリア26を固縛した状態とす
る。

すると、主機21からの駆動力は中間軸33を介して動力
分配機構23に送られ、中心部の太陽歯車24から内軸14に
伝達されて直接船尾側プロペラ11が駆動されるととも
に、中心部の太陽歯車24、遊星歯車27、外周の太陽歯車
25によって外軸15に反転された駆動力が伝達され船首側
プロペラ12が駆動される。

したがって、このような二重反転プロペラ装置10を本
来の二重反転プロペラとして機能させるようにすること
で、第４図の上段に示す「二重反転軸の内軸及び主機の
クランク軸に生ずる捩り振動軸応力と機関回転数との関
係」のように、主機21の回転数が機関連続使用禁止範囲
Ｋより大きい回転数Ｎ以上の範囲では、既に説明したよ
うな歯車のチャタリングなどの悪影響が発生することな
く、推進効率を向上させ、経済的な航行ができる。

一方、このような二重反転駆動状態で、主機21の回転
数を下げて出入港時に低速航行をしようとすると、ある
低速の機関回転数において振動トルクにピークが発生
し、既に説明したような歯車のチャタリングなどの悪影
響が発生する。

このような二重反転駆動で機関回転数が低い状態で
は、第４図の上段に示すように、振動トルクのピークＥ
を発生させる機関回転数N1の近傍では、応力値Ｆが許容
応力Ｇに近づいたり、広範囲にチャタリング発生領域Ｈ
が生じることとなり、ピークＥを発生させる機関回転数
N1を含む相当の回転数域を連続使用禁止範囲Ｋとして設
定しなければならない。

そこで、次のようにして制動手段28を解放して出入港
時に低速航行が行われる（２）低速航行（制動解放による単独駆動）。

制動手段28のディスクブレーキを解放し、動力分配機
構23のキャリア26を自由に回転できるようにする。

すると、キャリア26に支持されている遊星歯車27が２
つの太陽歯車24,25の間で自転しながら公転することと
なって主機21からの駆動力の伝達が行われず、外軸15に
連結された船首側プロペラ12は船の航行にともなって遊
転されることになる。

そして、主機21からの駆動力は中間軸33を介して動力
分配機構23の中心部の太陽歯車24と直結された内軸14に
伝達され、船尾側プロペラ11のみに伝達されて駆動され
る。

したがって、動力伝達系の質量が動力分配機構23以降
の分だけ減少され、その結果固有振動数が高くなり、第
４図下段に「二重反転軸の内軸及び主機のクランク軸に
生ずる捩り振動軸応力の機関回転数との関係」を示すよ
うに、振動トルクのピークＬを高回転数N2側に移動させ
ることができる。

このため船尾側プロペラ11だけで航行する場合の連続
使用禁止範囲も高回転側に移動され、新たな連続使用禁
止範囲Ｍを高回転側に設定すれば良く、低回転数域での
主機21の運転が可能となり、振動や歯車のチャタリング
などの不具合を生じることなく、船を微速（Dead Slo
w）で動かすことができる。

このような船尾側プロペラ11のみによる推進では、二
重反転プロペラで航行する場合に比べて同一機関回転数
に対する船速が低下するが、このような低速航行を必要
とする場合は、港内の航行時や狭水道など特種な場合で
あり、むしろ船速が低い方が好ましく何等問題とならな
い。

以上のように、動力伝達系の共振周波数と主機21から
の起振周波数とが一致しないように、制動手段28の係合
解放によって質量を変えることで、連続使用禁止範囲K,
Mのない操船を行うことが可能となる。

そこで、機関回転数が予め設定したＮ以上の中・高速
域では検出器からの検出信号に基づき、制御器によって
制動手段28を係合するように制御し、機関回転数がＮ以
下の低回転域では検出器からの検出信号に基づき、制御
器によって制動手段28を解放するように制御すること
で、二重反転プロペラ装置10の自動的な切替ができる。

また、この二重反転プロペラ装置10によれば、船首側
プロペラ12の駆動機構やプロペラ自体に損傷を生じた場
合の非常航行に際しても、制動手段28を解放するだけ
で、簡単に航行を続けることができる。

さらに、この二重反転プロペラ装置10では、キャリア
の固縛するため制動手段を用いるようにしているので、
弾性継手やクラッチなどと異なり、大馬力、高トルクの
伝達が可能であり、二重反転プロペラを大馬力の主機を
搭載する大型船等に適用することができる。

なお、上記実施例では、二重反転軸の内軸を直結に
し、遊星歯車機構で外軸の回転を行うようにしたが、逆
にしても良い。また制動手段としてディスクブレーキを
例に説明したがこれをドラムブレーキとしても良い。

［発明の効果］以上、一実施例とともに具体的に説明したようにこの
発明の二重反転プロペラ装置によれば、反転駆動用の動
力分配機構を遊星歯車機構で構成し、２つの太陽歯車の
間に配置された遊星歯車を支持するキャリアを回転可能
とするとともに、このキャリアの回転を制動手段で拘束
可能としたので、キャリアを拘束することで反転駆動を
行なって二重反転プロペラとして機能させることができ
る一方、キャリアを遊転状態として１つのプロペラだけ
による単独駆動とすることができ、低回転時に動力伝達
系の質量を小さくし、共振点を下げて低回転域での航行
ができる。

また、制動手段によるキャリアの固定解放を行うこと
で二重反転プロペラの運転制御ができ、大馬力、高トル
クの動力伝達を行うことも簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の二重反転プロペラ装置の１
実施例にかかり、第１図は制動手段を省略した縦断面
図、第２図は制動手段部分の平面図、第３図は第１図の
III−III矢視図、第４図は二重反転軸の内軸及び主機の
クランク軸に生ずる捩り振動軸応力と機関回転数との関
係を示す説明図、第５図および第６図は従来装置の縦断
面図および振動トルクと機関回転数との関係の説明図で
ある。 10:二重反転プロペラ装置、11:船尾側プロペラ、12:船
首側プロペラ、13:二重反転軸、14:内軸、15:外軸、16:
船体、17:船尾管軸受、18:軸受、19:スラストカラー、2
0:スラストパッド、21:主機、22:シール装置、23:動力
分配機構、24:太陽歯車（外歯車）、25:太陽歯車（内歯
車）、26:キャリア、27:遊星歯車、28:制動手段、29:ブ
レーキディスク、30:架台、31:ディスクパッド、32:中
間軸受、33:中間軸。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】主機の駆動力を動力分配機構を介して伝達
し前後２つのプロペラを同軸上で互いに反転駆動する二
重反転プロペラ装置において、前記動力分配機構を２つ
の太陽歯車と回転可能なキャリアで支持された遊星歯車
とを備えた遊星歯車機構で構成し、この遊星歯車機構の
キャリアに回転を拘束して駆動力を反転伝達するととも
にキャリアを遊転させて振動系の質量を減少し得る制動
手段を設けたことを特徴とする二重反転プロペラ装置。