JPH1170894A - ウォータージェット推進機の軸系構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウォータージェット推進機の軸系構造では、
複数のインペラを軸心側で結合する結合部の内部の限ら
れた空間にラジアル軸受とスラスト軸受とを組み込むた
め、両軸受としては小型で耐久性の低いものを採用せざ
るを得ない。また、軸系構造にはフレキシブルカップリ
ングやラジアル軸受が設けられており、軸系長さを短く
できない。 【解決手段】 ウォータージェット推進機の軸系構造
は、軸流型のインペラ２を備えている。また、原動機３
とインペラ２の駆動軸３との間に減速機４を介在させ、
インペラ２に発生するスラスト荷重を減速機４に内蔵さ
れたスラスト軸受４ａで受けるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、船舶
に用いられるウォータージェット推進機の軸系構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のウォータージェット推進機の軸系
構造としては、例えば、図４に示すようなものがある。
図４において、１１１は船底１１０に形成された取水
口、１１３は船尾端１１２に設けられたノズル、１０２
はインペラ、１０３はインペラ１０２の駆動軸、１０４
は減速機、１０５は主機関である。減速機１０４の出力
軸１０４ｃと駆動軸１０３の間には中間軸１５３が介在
し、駆動軸１０３と中間軸１５３とはフレキシブルカッ
プリング１５０により結合され、中間軸１５３と出力軸
１０４ｃとは両軸端のフランジを貫通するボルト（図示
せず）によって結合されている。また、主機関１０５の
出力軸１０５ａと減速機１０４の入力軸１０４ｄも両軸
端のフランジを貫通するボルト（図示せず）により結合
されている。なお、１２０は静翼、１２１は複数の静翼
１２０を軸心側で結合する結合部、１３０はシール装
置、１５１は中間軸１５３を支承するための中間軸受、
１５２は駆動軸１０３を支承するラジアル軸受である。

【０００３】ウォータージェット推進機は主に高速艇に
用いられるが、高速艇の設計における小型化、軽量化の
要請から、主機関１０５としては高速エンジンやガスタ
ービンが用いられることが多く、減速機１０４はこのた
め必要となるものである。

【０００４】主機関１０５が駆動されインペラ１０２が
回転駆動されて船舶が推進しているときは、インペラ１
０２にスラスト荷重が発生するとともに駆動軸１０３に
ラジアル荷重が発生する。このスラスト荷重は結合部１
２１の内部に組み込まれたスラスト転がり軸受１１６で
受けられ、駆動軸１０３の船尾側のラジアル荷重はラジ
アル転がり軸受１１５で受けられ、駆動軸１０３の船首
側のラジアル荷重はラジアル軸受１５２で受けられる。
フレキシブルカップリング１５０が介在しているため
に、これらのスラスト荷重、ラジアル荷重が減速機１０
４に伝えられることはない。なお、１１７は軸受１１
５、１１６に潤滑油を送り込むためのポンプ装置であ
り、１１９は軸受室１１８内への海水の侵入を防止する
とともに軸受室１１８からの潤滑油の流出を防止するた
めの油シールである。

【０００５】また、図４においてＣはインペラ１０２先
端とハウジング１０６内面とのクリアランスである。ク
リアランスＣは推進効率を向上させるという観点からは
できるだけ小さいことが望ましいが、図４に示すインペ
ラ１０２は斜流型であるため、軸系構造の温度膨張によ
る伸縮によってインペラ１０２の軸方向位置が変化する
と、クリアランスＣが変化し、最悪の場合はハウジング
１０６とインペラ１０２が干渉してしまう。フレキシブ
ルカップリング１５０は、主機関１０５から中間軸１５
３までの軸系の温度膨張による伸縮を吸収し、伸縮の影
響がインペラ１０２の軸方向位置に及ぶのを妨げる役割
も果たしている。

【０００６】なお、軸流型のインペラを採用した場合
も、基本的には図４と同様の軸系構造となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４の軸系構
造では、結合部１２１内部の限られた空間にラジアル転
がり軸受１１５とスラスト転がり軸受１１６とが組み込
まれている。そのため、両軸受１１５、１１６ともに小
型でなければならない。よって、両軸受１１５、１１６
とも、耐久性が高く製品寿命の長いものを採用すること
ができず、メンテナンスや交換を頻繁に行う必要があ
る。図４に示される軸受１１５、１１６は転がり軸受で
あるが、特に転がり軸受は疲労強度による設計寿命の部
品であり、ある運転インターバルで交換が必要になる。
この交換作業は、軸受の寸法が小さいほど頻繁に行わね
ばならない。いずれにしても寿命による交換のために分
解・組立工事が必要となり、時間・費用が多大となる。

【０００８】また、図４からわかるように、軸系構造に
フレキシブルカップリング１５０やラジアル軸受１５２
を設ける必要があるため、軸系長さＬを短くしようとし
ても限界がある。高速艇では船舶重量に対する軽量化の
要請が強いが、軸系長さＬを短くできないことが、軸系
の小型化・軽量化を妨げている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この出願に係るウォータ
ージェット推進機の軸系構造は、軸流型のインペラを備
え、原動機とインペラの駆動軸との間に減速機を介在さ
せ、インペラに発生するスラスト荷重を減速機に内蔵さ
れたスラスト軸受で受けるようにしている。このため、
複数の静翼を軸心側で結合する結合部内にスラスト軸受
を設ける必要がなくなる。また、インペラの駆動軸と減
速機との間にフレキシブルカップリングを介在させる必
要もなくなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】この出願発明のウォータージェッ
ト推進機の軸系構造は、船底に開口して形成された取水
口から取り込んだ水を、軸流型のインペラを原動機の駆
動力で回転駆動することにより加圧して、船尾のノズル
から噴射して推力を得るウォータジェット推進機の軸系
構造において、原動機と該インペラの駆動軸との間に減
速機を介在させ、該インペラに発生するスラスト荷重を
該減速機に内蔵されたスラスト軸受で受けるようにして
いる。このように構成されているため、複数の静翼を軸
心側で結合する結合部の内部にスラスト軸受を設ける必
要がなくなり、結合部内部にはラジアル軸受のみを設け
るようにすることができる。このため、このラジアル軸
受として大きく耐久性が高く製品寿命の長いものを採用
することができ、その結果、このラジアル軸受のメンテ
ナンスや交換の頻度を減少させることができる。また、
インペラの駆動軸と減速機との間にフレキシブルカップ
リングを介在させる必要がなくなるので、軸系構造全体
の長さを短くすることができる。

【００１１】また、上記ウォータージェット推進機の軸
系構造において、前記インペラの駆動軸の船首側に発生
するラジアル荷重を前記減速機に内蔵されたラジアル軸
受で受けるように構成すると、インペラの駆動軸の船首
側を支承するラジアル軸受を別個に設ける必要がなくな
り、さらに軸系長さを短くすることができる。

【００１２】上記ウォータージェット推進機の軸系構造
において、インペラに発生するスラスト荷重を減速機に
内蔵されたスラスト軸受で受けるようにするために、ま
たは、インペラの駆動軸の船首側に発生するラジアル荷
重を前記減速機に内蔵されたラジアル軸受で受けるよう
にするために、インペラの駆動軸と減速機の出力軸とを
剛状態で結合するようにしてもよい。

【００１３】また、上記ウォータージェット推進機の軸
系構造において、インペラの駆動軸の船尾側に発生する
ラジアル荷重を受けるラジアル軸受が、水循環または油
循環されるラジアル軸受であるように構成してもよい。
水循環または油循環によるラジアル軸受は作用面が非接
触に保たれるので作用面の摩耗が少なく製品寿命が長
い。このため、ラジアル軸受のメンテナンスや交換の頻
度を減少させるのにさらに効果的である。

【００１４】

【実施例】この出願発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１５】図１は、この出願に係るウォータージェッ
ト推進機の軸系構造の一実施例を示すための軸系構造断
面図である。２はインペラ、３はインペラ２の駆動軸、
４は減速機、５は原動機たる主機関、６はポンプ室を構
成するハウジング、１０は船底、１１は船底１０に開口
して形成された取水口、１２は船尾端、１３は船尾端１
２に設けられたノズル、２０は静翼、２１は複数の静翼
２０を軸心側で結合する結合部である。

【００１６】インペラ２は軸流型のものである。主機関
５としては一般に高速エンジンやガスタービンなどが使
われる。主機関５の出力軸５ａと減速機４の入力軸４ｄ
とは両軸端のフランジを貫通するボルト（図示せず）に
よって結合されており、減速機４の出力軸４ｃと駆動軸
３とは両軸端のフランジを貫通するボルト（図示せず）
によって、剛状態に結合されている。よって、インペラ
２の駆動軸３から減速機４の出力軸４ｃへ、スラスト荷
重及びラジアル荷重が直接伝わる。減速機４の内部には
スラスト軸受４ａとラジアル軸受４ｂが内蔵されてい
る。また、結合部２１の内部には水循環型のラジアル軸
受１５ａが組み込まれている。なお、ハウジング６の主
機関５側に設けられたシール装置３０は、ウォータージ
ェット推進機が取水口１１から取り込んだ水が機関室側
へ漏れることを防止するためのものである。

【００１７】主機関５が運転駆動されると減速機４で減
速された回転速度によってインペラ２が回転駆動され
る。これにより取水口１１から取り込まれた水が加圧さ
れた状態でノズル１３から噴射され、噴射される水から
の反作用により船舶は推進力を得る。このようにしてウ
ォータージェット推進機が推進力を発生させているとき
は、インペラ２にはスラスト荷重が発生している。この
スラスト荷重は駆動軸３と剛状態で結合された減速機４
の出力軸４ｃに直接伝えられ、スラスト軸受４ａによっ
て受けられる。スラスト軸受４ａはインペラ２で発生す
るスラスト荷重に耐えるだけの耐荷重性を有したもので
ある。また、駆動軸３にはラジアル荷重が発生するが、
船首側のラジアル荷重は駆動軸３と剛状態で結合した減
速機４の出力軸４ｃに直接伝えられ、ラジアル軸受４ｂ
によって受けられる。ラジアル軸受４ｂは駆動軸３の船
首側のラジアル荷重に耐えるだけの耐荷重性を有したも
のである。また、駆動軸３の船尾側のラジアル荷重は、
ラジアル軸受１５ａによって受けられる。

【００１８】この構造では、結合部２１内部にスラスト
軸受を組み込む必要がなくなり、結合部２１内部にはラ
ジアル軸受１５ａのみを組み込めばよい。結合部２１の
内部スペースには制限があり、ここに組み込むことので
きる軸受の大きさには限りがあるのであるが、スラスト
軸受を組み込む必要がなくなることから、ラジアル軸受
１５ａとして、サイズが大きく耐久性が高く製品寿命の
長いものを採用できる。その結果、ラジアル軸受１５ａ
のメンテナンス、交換の頻度を減少させることができ
る。前述したように、ラジアル軸受１５ａは水循環型の
ものであり、その内部を水が循環する。図１において矢
印Ａ、矢印Ｂがこの循環する水の流れを示している。

【００１９】駆動軸３と出力軸４ｃとはフレキシブルカ
ップリングを介さずに結合されているが、このようにフ
レキシブルカップリングを省くことによって、減速機４
に内蔵されたスラスト軸受４ａ、ラジアル軸受４ｂでイ
ンペラ２、駆動軸３に発生するスラスト荷重、ラジアル
荷重を受けることができる。このように、フレキシブル
カップリングを省くことによって軸系長さＬが短くな
る。軸系長さＬが短くなると、機関室を小さくでき、こ
れにより例えば船舶の客室を広くすることもできる。ま
た、軸系長さＬが短くなることで軸系構造の重量も小さ
くなる。また、一般的なフレキシブルカップリングは潤
滑のために内部にグリースを封入しており、そのメンテ
ナンスのために定期的な作業を要するが、軸系構造から
フレキシブルカップリングを省くことにより、このメン
テナンスも不要となる。

【００２０】また、駆動軸３の船首側のラジアル荷重を
ラジアル軸受４ｂで受けるようにしているので、駆動軸
３の船首側を支承するためのラジアル軸受は不要であ
り、図１の実施例ではこれを設けていない。したがって
軸系長さＬはさらに短くなる。

【００２１】また、フレキシブルカップリングや駆動軸
３の船首側を支承するためのラジアル軸受を省いている
ことから部品点数が少なくなり、軸系構造の製造費用も
低減される。

【００２２】なお、減速機４の出力軸４ｃはフレキシブ
ルカップリングを介さずに駆動軸３に直結されているた
め、軸系構造全体の温度膨張による伸縮によってインペ
ラ２の軸方向位置が変化することになる。この伸縮量は
軸系全体の温度膨張によるため量は大きい。従って、イ
ンペラ２の形状は軸流型でなければならない。なぜな
ら、これを斜流型とするとインペラの軸方向位置の変化
が大きいために、ハウジング６内面とインペラ先端の間
のクリアランスが大きく変化してウォータージェット推
進機の推進効率の低下やハウジング６とインペラとの干
渉を起こすからである。軸流型であれば、インペラの軸
方向位置の変化はクリアランスＣに影響しない。

【００２３】図２はこの出願に係るウォータージェット
推進機の軸系構造の他の実施例を示すものである。図１
の実施例では結合部２１内部には水循環型のラジアル軸
受１５ａが組み込まれていたが、図２の実施例ではラジ
アル転がり軸受１５ｂが組み込まれている。この軸系構
造は軸受１５ｂに潤滑油を送り込むためのポンプ装置を
備えているのであるが、図からは省略されている。また
１９は、軸受室１８内への海水の侵入を防止するととも
に軸受室１８からの潤滑油の流出を防止するための油シ
ールである。その他の点は、図１の実施例と同様に構成
されている。

【００２４】この（図２の）実施例のように結合部２１
内に転がり軸受を組み込むようにしてもよいが、これを
油循環型の軸受としてもよい。一般的に水循環型あるい
は油循環型の軸受はクサビ効果による油（水）膜により
作用面同士の接触がなく、長寿命化が期待できる。

【００２５】図３は、この出願に係るウォータージェッ
ト推進機の軸系構造のさらに他の実施例を示すものであ
る。この実施例では、駆動軸３が船首側端部近傍でラジ
アル軸受５２によって支承されている。一般に、主機関
５はその重量が大きく、その設置位置は船舶の重心位置
に大きく影響する。船舶設計において重心をどこに設定
するかは重要なファクターである。このような重心位置
設定についての設計上の都合によって、主機関５をより
前方（船首側）に設置したい場合は、駆動軸３を長くし
たり、または、駆動軸３と出力軸４ｃの間に中間軸を介
在させることもある。このような場合には減速機４に内
蔵したラジアル軸受４ｂのみで駆動軸３を支承すること
が困難となるので、この実施例のようにラジアル軸受５
２を設けるとよい。この実施例でも、駆動軸３と出力軸
４ｃとはフレキシブルカップリングを介さず剛状態で結
合されており、インペラ２で発生するスラスト荷重は減
速機４に内蔵されたスラスト軸受４ａで受けられる。し
たがって、結合部２１の内部にはスラスト軸受は組み込
まれていない。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上説明したような形態で実施
され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２７】（１）複数の静翼を軸心側で結合する結合
部内部にスラスト軸受を設ける必要がなくなり、結合部
内部にはラジアル軸受のみを設けるようにすることがで
きる。このため、インペラの駆動軸の船尾側のラジアル
荷重を受けるラジアル軸受として、サイズが大きく耐久
性が高く製品寿命の長いものを採用することができるよ
うになり、このようなラジアル軸受を採用すればメンテ
ナンスや交換の頻度を減少させることができる。

【００２８】（２）インペラの駆動軸と減速機との間に
フレキシブルカップリングを介在させる必要がなくなる
ので、軸系長さを短くすることができ、また、従来必要
であった、このフレキシブルカップリングのメンテナン
ス作業も不要となる。

【００２９】（３）インペラの駆動軸の船首側に発生す
るラジアル荷重を減速機に内蔵されたラジアル軸受で受
けるように構成すると、インペラの駆動軸の船首側を支
承するラジアル軸受を別個に設ける必要がなくなり、さ
らに軸系長さを短くすることができる。

【００３０】（４）インペラの駆動軸の船尾側に発生す
るラジアル荷重を受けるラジアル軸受を、水循環または
油循環されるラジアル軸受とすると、このラジアル軸受
のメンテナンスや交換の頻度をさらに減少させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本出願に係るウォータージェット推進機の軸系
構造の一実施例を示すための軸系構造断面図である。

【図２】本出願に係るウォータージェット推進機の軸系
構造の他の実施例を示す図である。

【図３】本出願に係るウォータージェット推進機の軸系
構造のさらに他の実施例を示す図である。

【図４】従来のウォータージェット推進機の軸系構造を
示す図である。

【符号の説明】

２…インペラ ３…駆動軸 ４…減速機 ４ａ…スラスト軸受 ４ｂ…ラジアル軸受 ４ｃ…出力軸 ４ｄ…入力軸 ５…主機関 ５ａ…出力軸 ６…ハウジング １０…船底 １１…取水口 １２…船尾端 １３…ノズル １５ａ…ラジアル軸受 １５ｂ…ラジアル転がり軸受 １８…軸受室 １９…油シール ２０…静翼 ２１…結合部 ５２…ラジアル軸受 Ｃ…クリアランス Ｌ…軸系長さ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船底に開口して形成された取水口から取
   り込んだ水を、軸流型のインペラを原動機の駆動力で回
   転駆動することにより加圧して、船尾のノズルから噴射
   して推力を得るウォータジェット推進機の軸系構造にお
   いて、 該原動機と該インペラの駆動軸との間に減速機を介在さ
   せ、該インペラに発生するスラスト荷重を該減速機に内
   蔵されたスラスト軸受で受けるようにした、ウォーター
   ジェット推進機の軸系構造。
2. 【請求項２】 前記インペラの駆動軸の船首側に発生す
   るラジアル荷重を前記減速機に内蔵されたラジアル軸受
   で受けるようにした、請求項１記載のウォータージェッ
   ト推進機の軸系構造。
3. 【請求項３】 前記インペラの駆動軸と前記減速機の出
   力軸とを剛状態で結合したことを特徴とする、請求項１
   又は２記載のウォータージェット推進機の軸系構造。
4. 【請求項４】 前記インペラの駆動軸の船尾側に発生す
   るラジアル荷重を受けるラジアル軸受が、水循環または
   油循環されるラジアル軸受であることを特徴とする、請
   求項１〜３のいずれか１項に記載のウォータージェット
   推進機の軸系構造。