(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船底の取水口に取り付けられる吸込みケーシングと、前記吸込みケーシングの出口部に連結されるポンプケーシングと、前記ポンプケーシング内に配置されて回転軸周りに回転する軸流型の羽根車とを備え、前記羽根車で加圧された水を船尾後方に噴射して船舶を推進させるウォータージェット推進機であって、
前記ポンプケーシングは、前記吸込みケーシングの前記出口部よりも管路径の大きな円筒状の本体部と、前記羽根車の前縁よりも上流側で、前記本体部の管路径から前記吸込みケーシングの前記出口部の管路径まで徐々に縮径する縮径部と、
前記ポンプケーシングの前記本体部を昇降する昇降部と、を備え、
前記縮径部は、前記本体部の昇降に追従して偏心することを特徴とするウォータージェット推進機。
【請求項２】
前記縮径部は、前記本体部から前記出口部に向かって、管路径が段階的に縮小するように配置される複数の環状部材と、隣接する環状部材の間をシールするシール部材とを備えることを特徴とする請求項１に記載のウォータージェット推進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォータージェット推進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、船底から吸い込まれた水を吸込みケーシングを通じてポンプに導き、このポンプで加圧した水を船尾後方に噴射して船舶を推進させるウォータージェット推進機が知られている。この種のウォータージェット推進機では、従来、ポンプの形状として軸流型のインペラ（羽根車）を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。通常、軸流型のポンプは、斜流型のインペラ（羽根車）を備えた斜流型のポンプに比べて、同等な性能を要求される場合、インペラの外径、すなわち、インペラを収容するポンプケーシングの外径（据付径）が斜流型よりも小さくなるため、船体への据付スペースを小さくできる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２‐２２５７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、据付スペースの更なる縮小化を目的として、船底の取水口に取り付けられる吸込みケーシングの管路径の縮小化が要望されている。しかし、吸込みケーシングの管路径を縮小した場合、吸込みケーシングの出口部に連結されるポンプケーシングの管路径が小さくなるため、必然的にポンプケーシング内に収容されるインペラの外径も小さくなる。このため、ポンプの小型に伴う性能の低下が懸念された。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ポンプの性能を低減することなく、吸込みケーシングの小型化を実現できるウォータージェット推進機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、船底の取水口に取り付けられる吸込みケーシングと、吸込みケーシングの出口部に連結されるポンプケーシングと、ポンプケーシング内に配置されて回転軸周りに回転する軸流型の羽根車とを備え、羽根車で加圧された水を船尾後方に噴射して船舶を推進させるウォータージェット推進機であって、ポンプケーシングは、吸込みケーシングの出口部よりも管路径の大きな円筒状の本体部と、羽根車の前縁よりも上流側で、本体部の管路径から吸込みケーシングの出口部の管路径まで徐々に縮径する縮径部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、ポンプケーシングは、吸込みケーシングの出口部よりも管路径の大きな円筒状の本体部と、羽根車の前縁よりも上流側で、本体部の管路径から吸込みケーシングの出口部の管路径まで徐々に縮径する縮径部とを備えたため、羽根車の外径を縮小することなく、管路径の小さな吸込みケーシングの出口部にポンプケーシングを連結することができる。従って、ポンプの性能を低減することなく、吸込みケーシングの小型化を実現することができ、ウォータージェット推進機の据え付けスペースの縮小化を図ることができる。さらに、吸込みケーシング内に保有される水量が低減されるため、運航時の船体重量の低減を図ることができる。
【０００８】
また、この構成において、縮径部は、本体部と回転軸を中心とした同心状に形成されても良い。この構成によれば、ポンプケーシングの作成をより容易に行うことができ、簡単な構成で吸込みケーシングの小型化を実現できる。
【０００９】
また、縮径部は、出口部の管路内底面と本体部の管路内底面とが同一の高さ位置となるように、出口部の管路中心を本体部の管路中心に対して鉛直下方に偏心させても良い。この構成によれば、回転軸に対して縮径部内の上下空間の断面積比を変化させることで上下を流れる流量の差を抑制し、流量バランスの均等化を実現できる。
【００１０】
また、本体部の管路径に対する出口部の管路中心と本体部の管路中心との偏心量は、１０％以下であっても良い。この構成によれば、ポンプケーシングを流れる水の流量バランスを好適に整えることができ、ポンプケーシングへの流入を均一化することができる。
【００１１】
また、ポンプケーシングの本体部を昇降する昇降部を備え、縮径部は、本体部の昇降に追従して偏心する構成としても良い。この構成によれば、縮径部の偏心量を動的に調整することで、ポンプケーシング内の上下を流れる流量の差を抑制して整流を実現できる。
【００１２】
また、縮径部は、本体部から出口部に向かって、管路径が段階的に縮小するように配置される複数の環状部材と、隣接する環状部材の間をシールするシール部材とを備えても良い。この構成によれば、各環状部材の中心位置が変位させることで縮径部の偏心量を簡単に調整することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ポンプケーシングは、吸込みケーシングの出口部よりも管路径の大きな円筒状の本体部と、羽根車の前縁よりも上流側で、本体部の管路径から吸込みケーシングの出口部の管路径まで徐々に縮径する縮径部とを備えたため、ポンプの性能を低減することなく、吸込みケーシングの小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態に係るウォータージェット推進機の概略断面図である。
【図２】図２は、第２実施形態に係るウォータージェット推進機の概略断面図である。
【図３】図３は、縮径部を軸方向から見た部分断面図である。
【図４】図４は、第３実施形態に係るウォータージェット推進機の概略断面図である。
【図５】図５は、縮径部の構成を示す概略断面図である。
【図６】図６は、縮径部が偏心した後の状態を示す概略断面図である。
【図７】図７は、縮径部が偏心した後のウォータージェット推進機を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るウォータージェット推進機の概略断面図である。ウォータージェット推進機１０は、図１に示すように、船底２に形成された取水口２Ａに取り付けられる吸込みケーシング１１と、この吸込みケーシング１１に連結されるポンプケーシング１２と、このポンプケーシング１２に連結される吐出ケーシング１３とを備える。この吐出ケーシング１３は、船尾３に形成された排水口３Ａに固定されている。これら各ケーシング１１〜１３によって船舶の船底２と船尾３との間を連結し、推進用の水が流通する配管路１４が形成される。
【００１７】
吸込みケーシング１１は、曲がり管形状を有し、吸込口１１Ａが船底２の取水口２Ａに向けて開口すると共に、該取水口２Ａから後方へ昇り傾斜した後、吐出口（出口部）１１Ｂが船尾３に向かって開口する。吸込ケーシング１１内の吸込口１１Ａの近傍には、不図示のストレーナが取り付けられており、吸込口１１Ａから吸い込まれる水中の異物が配管路１４内に流入しないようになっている。
【００１８】
吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂには、ポンプケーシング１２の入口１２Ａがフランジ連結され、該ポンプケーシング１２の内部には軸流型のインペラ（羽根車）１５が回転可能に収容されている。インペラ１５は、略円錐形状を有するコーン部１６と、このコーン部１６の外周面に固定された複数の案内羽根１７とを備える。コーン部１６の先端にはインペラ１５を回転する回転軸１８が連結される。この回転軸１８は、吸込みケーシング１１に設けられた引出し管１１Ｃを通じて外部に引き出され、回転軸１８の先端側はエンジン（駆動源）１９に連結されている。
【００１９】
ポンプケーシング１２の出口１２Ｂには、吐出ケーシング１３の入口１３Ａがフランジ連結され、該吐出ケーシング１３の内面には案内羽根２０が固定されている。この案内羽根２０は、インペラ１５で加圧された水の流速を低下させないで直線状に整流化する静翼である。吐出ケーシング１３の出口１３Ｂは、船尾３に形成された排水口３Ａに固定される。
【００２０】
上記した構成では、エンジン１９が駆動してインペラ１５が回転すると、この回転に伴い、船底２に形成された取水口２Ａから水が吸込みケーシング１１内に吸い込まれる。この水は、インペラ１５で加圧された後、案内羽根２０で整流され、排水口３Ａを通じて船尾後方に噴射される。この船外に噴射されるウォータージェットの推進によって、船舶を推進させることができる。
【００２１】
ところで、この種のウォータージェット推進機では、船舶への据付スペースの縮小化が要望されている。一方、ウォータージェット推進機を構成する各ケーシングを単純に縮小化した場合には、ポンプケーシング内に収容されるインペラの外径が小さくなる。インペラの外径は、船舶の推進力に密接に関連するため、小型化に伴う推進性能の低下が懸念された。
【００２２】
本実施形態では、ポンプケーシング１２は、円筒状に形成された本体部２１と、この本体部２１の上流側に設けられ、吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂに向けて徐々に管路径を縮小する縮径部２２とを備える。本体部２１は、吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂの管路径Ｄ１よりも大きな管路径Ｄ２に形成され、この本体部２１の内部にインペラ１５が収容されている。また、縮径部２２は、インペラ１５の案内羽根１７の前縁１７Ａよりも上流側に設けられ、本体部２１の管路径Ｄ２から吐出口１１Ｂの管路径Ｄ１に縮径する。
【００２３】
この構成によれば、ポンプケーシング１２が吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂに向けて徐々に管路径を縮小する縮径部２２を備えることにより、この縮径部２２に連結される吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂの管路径Ｄ１の縮小化を図ることができ、ひいては、吸込みケーシング１１の小型化を実現できる。発明者の実験やシミュレーションによると、吸込みケーシング１１の体積が従前よりも１〜２割低減できることが判明した。このように、吸込みケーシング１１が小型化されることにより、この吸込みケーシング１１の製作コストを低減できると共に、船舶への据付スペースの縮小化を図ることができる。これに加え、吸込みケーシング１１内に保有される水量が低減されるため、運航時の船体重量の低減を図ることができる。
【００２４】
また、ポンプケーシング１２の本体部２１は、吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂの管路径Ｄ１よりも大きな管路径Ｄ２に形成されるため、吸込みケーシング１１の小型化に伴い、インペラ１５の外径の小型化を行う必要がない。従って、吸込みケーシング１１を実現しつつ、インペラ１５（ポンプ）の送水能力、すなわち船舶の推進力の低下を防止できる。さらに、縮径部２２は、インペラ１５の案内羽根１７の前縁１７Ａよりも上流側に設けられるため、インペラ１５の案内羽根１７が縮径部２２に接触することはない。
【００２５】
また、本実施形態のポンプケーシング１２を用いることにより、管路径の異なる吸込みケーシング１１に対して、同一の外径のインペラ１５を使用することができるため、インペラ１５（ポンプ）の製作コストの低減を図ることができる。
【００２６】
本実施形態では、ポンプケーシング１２は、本体部２１と縮径部２２とが同心円状に形成されている。具体的には、本体部２１と縮径部２２とは、いずれも回転軸１８の軸心を中心とした同心円状に形成されている。この構成では、ポンプケーシング１２の作成をより容易に行うことができ、簡単な構成で吸込みケーシング１１の小型化を実現できる。また、吸込みケーシング１１の中心軸上に配置された回転軸１８に対して、インペラ１５の回転軸を容易に取り付けることができる。
【００２７】
ここで、縮径部２２の形状は、縮径前後の管路面積（管路径）の比と拡大角θとで決定される。この場合、拡大角θは、ポンプケーシング１２の全長が従前のポンプケーシングよりも長くならない程度の角度とすることが好ましい。さらに、拡大角θを大きくするにつれて、管路面積が急激に拡大するため、配管路１４内の主流に剥離が生じる恐れがある。このため、剥離の発生を効果的に抑えるためには、拡大角θの大きさを２０°以下に設定することが好ましい。
【００２８】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るウォータージェット推進機１１０について説明する。図２は、第２実施形態に係るウォータージェット推進機の概略断面図であり、図３は、縮径部を軸方向から見た部分断面図である。なお、第１実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。この第２実施形態では、第１実施形態を基本構成とし、ポンプケーシング１１２の形状が第１実施形態とは異なっている。
【００２９】
本構成のように、船底２に形成された取水口２Ａから水を汲み上げる構成の配管路１４では、配管路１４を流れる水の流量バランスが崩れ、インペラ１５の回転軸１８の上方で流量が減少し、回転軸１８の下方で流量が増加する傾向にある。
【００３０】
ポンプケーシング１１２は、図２に示すように、円筒状に形成された本体部２１と、この本体部２１の上流側に設けられ、吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂに向けて徐々に管路径を縮小する縮径部１２２とを備える。この第２実施形態では、上記した傾向を解消するために、縮径部１２２は、本体部２１に対して偏心して形成されている。
【００３１】
具体的には、縮径部１２２は、本体部２１の管路底面２１Ａと、吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂに連なる縮径部１２２の管路底面１２２Ａとが同一の高さ位置に形成されており、図３に示すように、縮径部１２２の上流側（吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂ側）の管路中心Ｏ１は、本体部２１の管路中心Ｏ２（回転軸１８の軸心位置に相当）よりも鉛直下方に位置している。
【００３２】
第２実施形態によれば、ポンプケーシング１１２は、縮径部１２２の上流側（入口側）が下流側（出口側）に比べて、下方に偏心しているため、回転軸１８に対して上下空間の断面積比を変化させることで上下を流れる流量の差を抑制し、流量バランスの均等化を実現できる。このため、インペラ１５には上下の流量バランスが整った水が流入することで、該インペラ１５で均等に加圧された水を噴射することができる。
【００３３】
また、第２実施形態によれば、縮径部１２２は、本体部２１の管路底面２１Ａと、該縮径部１２２の管路底面１２２Ａとが同一の高さ位置に形成しているため、ポンプケーシング１１２に流入した水の剥離を防止することができる。
【００３４】
また、第２実施形態では、図３に示すように、本体部２１の管路径Ｄ２に対する、縮径部１２２の上流側（吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂ）の管路中心Ｏ１と本体部２１の管路中心Ｏ２との偏心量ｈは、１０％以下とすることが好ましい。偏心量ｈの制限は、拡大角θ（図１）と管路径拡大率によって設定される。偏心方向は、必ず、吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂの管路中心Ｏ１よりも、本体部２１の管路中心Ｏ２が上側に設定される。この偏心量ｈが大きくなり過ぎると、縮径部１２２の管路底面１２２Ａが下流側に向けて上り傾斜となり、ポンプケーシング１１２への流入にかえって悪影響を与えることになる。この構成によれば、ポンプケーシング１１２を流れる水の流量バランスを好適に整えることができ、ポンプケーシング１１２への流入を均一化できるという効果を有する。
【００３５】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係るウォータージェット推進機２１０について説明する。図４は、第３実施形態に係るウォータージェット推進機の概略断面図である。図５は、縮径部の構成を示す概略断面図である。また、図６は、縮径部が偏心した後の状態を示す概略断面図である。また、図７は、縮径部が偏心した後のウォータージェット推進機を示す概略断面図である。なお、第１実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。この第３実施形態では、第１実施形態を基本構成とし、ポンプケーシング２１２の構成が第１実施形態とは異なっている。
【００３６】
上述したように、船底２に形成された取水口２Ａから水を汲み上げる構成の配管路１４では、配管路１４を流れる水の流量バランスが崩れ、インペラ１５の回転軸１８の上方で流量が減少し、回転軸１８の下方で流量が増加する傾向にある。さらに、この流量バランスの偏りは、船速とポンプ流量との関係によっても大きく変化する。
【００３７】
ポンプケーシング２１２は、図４に示すように、円筒状に形成された本体部２１と、この本体部２１の上流側に設けられ、吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂに向けて徐々に管路径を縮小する縮径部２２２とを備える。この第３実施形態では、縮径部２２２は、本体部２１に対して偏心量を調整可能に構成されている。
【００３８】
ウォータージェット推進機２１０は、船底２上に、ポンプケーシング２１２及び吐出ケーシング１３を昇降自在に支持する昇降装置（昇降部）３０を備えている。この昇降装置３０は、例えば、上下に伸縮するロッド３１を備える油圧シリンダ等で構成され、このロッド３１の先端にポンプケーシング２１２の本体部２１が固定されている。これにより、ロッド３１の伸縮により、ポンプケーシング２１２の本体部２１及び吐出ケーシング１３は昇降する。なお、図４及び図７では図示を省略したが、吐出ケーシング１３の出口１３Ｂと船尾３の排水口３Ａとの間には、吐出ケーシング１３の昇降に追従して水の侵入を防止する構造となっている。
【００３９】
また、本実施形態では、ポンプケーシング２１２と共に、インペラ１５も昇降する。このため、インペラ１５のコーン部１６に連結される第１回転軸１１８Ａと、エンジン１９に連結される第２回転軸１１８Ｂとの間には、ジョイント軸１１８Ｃと一対の連結ピン１１９によりクランク接続されている。これにより、ポンプケーシング２１２を昇降させたとしても、エンジン１９の回転をインペラ１５に好適に伝達することができる。
【００４０】
ポンプケーシング２１２の縮径部２２２は、本体部２１の昇降に追従して偏心するように構成され、具体的には、図５に示すように、本体部２１から吸込みケーシング１１の吐出口１１Ｂ（不図示）に向かって、管路径が段階的に縮小するように配置される複数の環状部材４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄと、隣接する環状部材の間を水密にシールするシール部材４１とを備えて構成される。シール部材４１は、可撓性を有する樹脂材料等で形成され、環状部材４０Ａ・・の変位に追従して変形できるようになっている。このため、縮径部２２２は、図６に示すように、本体部２１の上昇に追従して、各環状部材４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄの中心位置が変位し、縮径部２２２の上流側（入口側）の偏心量を簡単に調整することができる。なお、図５及び図６では、環状部材４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄの数を４つとしたが、これに限るものではない。
【００４１】
第３実施形態によれば、ポンプケーシング２１２の縮径部２２２は、本体部２１の昇降に追従して偏心するように構成されているため、例えば、船舶の出発時には、図４に示すように、縮径部２２２を本体部２１と同心状に配置し、船速及び水の流量（エンジン回転数）が増してきたときには、図７に示すように、本体部２１を上昇させて縮径部２２２の上流側を偏心させることができる。この構成によれば、縮径部２２２の偏心量を動的に調整することで、ポンプケーシング２１２内の上下を流れる流量の差を抑制し、配管路１４内の整流を実現できる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記した形態に限るものではない。
【符号の説明】
【００４３】
２  船底
２Ａ  取水口
３  船尾
３Ａ  排水口
１０、１１０、２１０  ウォータージェット推進機
１１  吸込ケーシング
１１Ａ  吸込口
１１Ｂ  吐出口（出口部）
１２、１１２、２１２  ポンプケーシング
１３  吐出ケーシング
１４    配管路
１５  インペラ（羽根車）
１７  案内羽根
１７Ａ  前縁
１８  回転軸
１９  エンジン
２１  本体部
２１Ａ  管路底面
２２、１２２、２２２  縮径部
３０  昇降装置（昇降部）
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ  環状部材
４１  シール部材
１２２Ａ  管路底面
【図１】
0006497996.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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