(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのベアリング（４１）によって回転可能に支持されているプロペラシャフト（３１）と、
前記プロペラシャフト（３１）を海水に対して封止するために、前記プロペラシャフト（３１）上に配置された水シール（１００）と、
前記ベアリング（４１）からのオイルに対して封止するために、前記水シール（１００）から軸線方向（Ｘ−Ｘ）の距離（Ａ２）で離間され、前記ベアリング（４１）と隣接して前記プロペラシャフト（３１）上に配置された第１オイルシール（２００）と、
前記水シール（１００）と前記第１オイルシール（２００）との間に延在する中間区画（３００）と、
前記プロペラシャフト（３１）に作用する前記海水の圧力を測定する第１圧力センサ（９１）と、
気体で充填された前記中間区画（３００）内の圧力を測定する第２圧力センサ（９２）と、
前記中間区画（３００）内の前記気体に対する圧力を生成する圧力システム（５００）と
を備える船舶（１０）用の封止構造であって、
前記中間区画（３００）内の前記気体の圧力は、前記プロペラシャフト（３１）に作用する前記海水の圧力と比較して低いレベルに保持され、
前記水シール（１００）及び前記第１オイルシール（２００）が、前記中間区画（３００）内に含まれている
ことを特徴とする封止構造。
【請求項２】
前記中間区画（３００）内の前記気体が空気であることを特徴とする、請求項１に記載の封止構造。
【請求項３】
前記中間区画（３００）の内周は、前記水シール（１００）、前記第１オイルシール（２００）、及び、前記水シール（１００）と前記第１オイルシール（２００）との間にある前記プロペラシャフト（３１）の外周によって形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の封止構造。
【請求項４】
前記中間区画（３００）が、前記水シール（１００）における第１の径方向延在壁部（２６）及び前記ベアリング（４１）における第２の径方向延在壁部（２７）によって、更に径方向に区画されていることを特徴とする、請求項３に記載の封止構造。
【請求項５】
前記中間区画（３００）の外周は、前記第１の径方向延在壁部（２６）と前記第２の径方向延在壁部（２７）との間で前記軸線方向（Ｘ−Ｘ）に延在する外壁部によって区画されていることを特徴とする、請求項４に記載の封止構造。
【請求項６】
前記水シール（１００）が、２つのシールリング（１１０，１２０）と、前記２つのシールリング（１１０，１２０）の間にあるシールチャンバ（１１５）とが設けられたリップ式シールであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の封止構造。
【請求項７】
前記第１圧力センサ（９１）が、前記水シール（１００）の前記シールチャンバ（１１５）内の圧力を測定することを特徴とする、請求項６に記載の封止構造。
【請求項８】
前記水シール（１００）の前記シールチャンバ（１１５）が、海水（ＳＷ）潤滑を備えることを特徴とする、請求項６又は７に記載の封止構造。
【請求項９】
前記水シール（１００）が、鉛直ライナー（３６）上に前記軸線方向（Ｘ−Ｘ）に作用するシールリップを備える第１リング状部（１５１）が設けられた端面式シール（１５０）であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の封止構造。
【請求項１０】
前記第１オイルシール（２００）が、２つのシールリング（２１０，２２０）と、前記２つのシールリング（２１０，２２０）の間にあるシールチャンバ（２１５）とが設けられたリップ式シールであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の封止構造。
【請求項１１】
前記第１オイルシール（２００）の前記シールチャンバ（２１５）が、前記第１オイルシール（２００）内の前記シールチャンバ（２１５）に潤滑オイルを供給するために、前記第１オイルシール（２００）の上方に鉛直な距離（Ｈ２）で離間して配置されている潤滑オイルタンク（７０）に接続されていることを特徴とする、請求項１０に記載の封止構造。
【請求項１２】
前記圧力システム（５００）が、前記オイルタンク（７０）を加圧するために、前記オイルタンク（７０）に接続されていることを特徴とする、請求項１１に記載の封止構造。
【請求項１３】
前記圧力システム（５００）が、第１バルブ（９４）を介して前記中間区画（３００）に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の封止構造。
【請求項１４】
前記圧力システム（５００）が、前記オイルタンク（７０）を加圧するために、第２バルブ（９６）を介して前記オイルタンク（７０）に接続されていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の封止構造。
【請求項１５】
前記中間区画（３００）の容積が、５００〜３０００リットルの範囲内であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の封止構造。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の封止構造を備える推進器（２０）であって、
前記推進器（２０）が、上部（２２）と下部（２３）とを有するストラット（２１）を備え、前記ストラット（２１）の前記上部（２２）を介して船舶（１０）に回転可能に取り付けられ、
前記プロペラシャフト（３１）は、前記少なくとも１つのベアリング（４１）を有する前記ストラット（２１）の前記下部（２３）内で回転可能に支持され、
前記プロペラシャフト（３１）は、前記ストラット（２１）の前記下部（２３）において開口部（Ｏ１）を通って前記推進器（２０）の外部に延在し、
前記水シール（１００）は、前記開口部（Ｏ１）に配置されている
ことを特徴とする推進器（２０）。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の封止構造を備える船舶（１０）であって、
前記プロペラシャフト（３１）は、前記少なくとも１つのベアリング（４１）を有する前記船舶（１０）のハル内で回転可能に支持され、
前記プロペラシャフト（３１）は、前記船舶の前記ハルにおける開口部（Ｏ１）を通って前記船舶の外部に延在し、
前記水シール（１００）は、前記開口部（Ｏ１）に配置されている
ことを特徴とする船舶。
【請求項１８】
封止構造によって船舶（１０）のプロペラシャフト（３１）を封止する方法であって、
前記封止構造は、
少なくとも１つのベアリング（４１）によって回転可能に支持されているプロペラシャフト（３１）と、
前記プロペラシャフト（３１）を海水に対して封止するために、前記プロペラシャフト（３１）の上に配置された水シール（１００）と、
前記ベアリング（４１）からのオイルに対して封止するために、前記水シール（１００）から軸線方向（Ｘ−Ｘ）の距離（Ａ２）で離間され、前記ベアリング（４１）と隣接して前記プロペラシャフト（３１）上に配置された第１オイルシール（２００）と、
前記水シール（１００）と前記第１オイルシール（２００）との間に延在する中間区画（３００）であって、前記水シール（１００）及び前記第１オイルシール（２００）が、前記中間区画（３００）内に含まれている、中間区画（３００）と、
前記プロペラシャフト（３１）に作用する前記海水の圧力を測定する第１圧力センサ（９１）と、
気体で充填された前記中間区画（３００）内の圧力を測定する第２圧力センサ（９２）と、
前記中間区画（３００）内の前記気体に対する圧力を生成する圧力システム（５００）と
を備え、
前記第１圧力センサ（９１）によって前記プロペラシャフト（３１）に作用する前記海水の圧力を測定するステップと、
前記第２圧力センサ（９２）によって前記中間区画（３００）内の前記気体の圧力を測定するステップと、
前記中間区画（３００）内の前記気体の圧力を、前記プロペラシャフト（３１）に作用する前記海水の圧力と比較して低いレベルに保持するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用の封止構造及び船舶のプロペラシャフトを封止する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、プロペラシャフトの封止アセンブリを開示している。封止アセンブリは、最後尾にあるベアリングアセンブリにおける船尾の船尾材内のプロペラシャフトのためのものである。この構造は、ベアリングアセンブリの内部に海水が入り込むのを防止する。封止構造は３つのハウジング部を備える。プロペラにおける第１ハウジング部が水シールハウジングを形成し、ベアリングにおける第３ハウジング部がオイルシールハウジングを形成し、第１ハウジング部と第２ハウジング部との間に配置された第２ハウジング部がチャンバハウジングを形成する。その一方、封止構造はベアリング潤滑剤がベアリングアセンブリから海水に排出するのを防止する。水シールは１つのシールリングを備え、オイルシールは２つのシールリングを備える。オイルシール内の２つのシールリングの間には潤滑オイルシールチャンバがある。更に、水シールとオイルシールとの間のチャンバハウジングとして環状の隙間チャンバが形成されている。環状チャンバには、ビルジタンクに続く排出路が設けられる。こうして、水シール又はオイルシールからの漏洩はどのようなものでも船内から容易に確認できる。
【０００３】
特許文献２は、船舶のプロペラシャフトを封止する構造を開示している。船舶は、中空のストラットの内部に取り付けられた推進器を備える。推進器は、シャフトに接続されるモータと、ストラットの外側でシャフトの外端部に接続されるプロペラとを備える。シャフトは、プロペラとモータとの間に配置されたベアリングを介してストラットの外殻に支持される。ストラットの外殻の外面は周囲の海水と接触する。ベアリングとプロペラとの間には閉鎖された中間区画がある。中間区画は、プロペラ側における鉛直な第１壁部、及びベアリングにおける鉛直な第２壁部で区画されている。中間区画の外周は、第１鉛直壁部と第２鉛直壁部との間にあるストラットの外殻の周壁によって形成される。シャフトは、第１鉛直壁部においては水シール、そして第２鉛直壁部においては第１オイルシールによって封止される。中間区画の内周は、水シール及び第１オイルシールの外周、並びに水シールと第１オイルシールとの間にあるシャフトの外周によって形成される。
【０００４】
特許文献３は、船のプロペラシャフトを封止する構造及び方法を開示している。プロペラとシャフトベアリングとの間には中間区画がある。封止は、中間区画内に互いに軸線方向に離間して配置された水シールとオイルシールとを含む。水シールは４つのリップシールを備え、リップシールは、隣接するリップシールの各対の間にシールチャンバを形成する。潤滑オイルが、第１ポンプにより、潤滑オイル容器から熱交換器を通りプロペラ側から数えて２番目のシールチャンバまで供給される。更に、潤滑オイルは、２番目のシールチャンバから、固定スロットルを通って３番目のシールチャンバまで導かれ、潤滑オイル容器へと戻る。１番目のシールチャンバ内の圧力は、プロペラシャフトのレベルにある周りの水の水圧に近い。３番目のシールチャンバ内の圧力は、１番目のシールチャンバ内の圧力を下回る一定の圧力レベルに保たれる。２番目のシールチャンバ内の圧力は、第１ポンプの回転速度を１番目のシールチャンバの圧力値と３番目のシールチャンバの圧力値との間の値に調整することによって調節できる。この構造において、各シールリップに跨る圧力の差異は、シールリップの過剰摩耗を抑制するように低いレベルに保たれる。
【０００５】
特許文献４は、海洋船舶のプロペラシャフトを封止する構造及びその動作を制御する方法を開示している。この封止構造は、水シールを形成する一組の外方シールリングと、オイルシールを形成する一組の内方シールリングと、を備える封止ハウジングを備える。封止ハウジングは、プロペラシャフト又はプロペラシャフトに設けられたスリーブと接続して設置されるように構成される。封止ハウジングは、２つの水シールリングの間に第１オイルチャンバを有し、内方シールリング組と外方シールリング組との間に中間オイルチャンバを有する。中間オイルチャンバは、中間オイルチャンバの上に配置されたヘッダータンクと呼ばれるオイルタンクと、接続ラインによって接続される。オイルタンクにオイルが一部充填されると、オイルタンク内のオイルレベルより上の上方部に空気が充填される。この構造は、プロペラシャフトに作用する海水圧を測定する第１圧力センサと、オイルタンク内の空気圧を測定する第２圧力センサとを更に備える。また、この構造は、オイルタンクの内部に真空を生成する真空ポンプと、オイルタンクの内部に外気を通す空気弁とを更に備える。オイルタンク内の空気圧は、中間オイルチャンバ内の油圧が、プロペラシャフトに作用する海水圧未満で維持するように調整される。中間オイルチャンバ内の油圧は、オイルの静水圧とオイルタンク内の空気圧との合計である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，１７４，６７２号明細書
【特許文献２】国際公開第２００９／１３０３６８号
【特許文献３】国際公開第２０１２／０８５３２５号
【特許文献４】国際公開第２０１３／１５６６６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、船舶用の封止構造の向上、及び船舶のプロペラシャフトを封止する方法の向上を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る船舶用の封止構造は請求項１に定義される。
【０００９】
本発明に係る船舶のプロペラシャフトを封止する方法は請求項１８に定義される。
【００１０】
船舶用の封止構造は、
少なくとも１つのベアリングによって回転可能に支持されているプロペラシャフトと、
プロペラシャフトの上に配置された、プロペラシャフトを海水に対して封止するための水シールと、
プロペラシャフトの上にベアリングと隣接し、且つ、水シールから軸線方向の距離だけ離間して配置された、ベアリングからのオイルに対して封止するための第１オイルシールと、
水シールと第１オイルシールとの間に延在する中間区画と、
プロペラシャフトに作用する海水圧を測定する第１圧力センサと、
気体が充填された中間区画内の圧力を測定する第２圧力センサと、
中間区画内の気体にかける圧力を生成する圧力システムと
を備え、
中間区画内の気体圧が、プロペラシャフトに作用する海水圧よりも低いレベルに保たれる。
【００１１】
封止構造において、水シール及び第１オイルシールが、中間区画内に含まれている。
【００１２】
船舶のプロペラシャフトを封止する方法は、
少なくとも１つのベアリングによって回転可能に支持されているプロペラシャフトと、
プロペラシャフトの上に配置された、プロペラシャフトを海水に対して封止するための水シールと、
プロペラシャフトの上にベアリングと隣接し、且つ、水シールから軸線方向の距離だけ離間して配置された、ベアリングからのオイルに対して封止するため第１オイルシールと、
水シール及び第１オイルシールの間に延在する中間区画であって、水シール及び第１オイルシールが、中間区画内に含まれている、中央区画と、
プロペラシャフトに作用する海水圧を測定する第１圧力センサと、
気体が充填された中間区画内の圧力を測定する第２圧力センサと、
中間区画内の気体にかける圧力を生成する圧力システムと、を備える封止構造によるものである。
【００１３】
方法は、
第１圧力センサによってプロペラシャフトに作用する海水圧を測定することと、
第２圧力センサによって中間区画内の気体圧を測定することと、
中間区画内の気体圧を、プロペラシャフトに作用する海水圧よりも低いレベルに保つことと、を含む。
【００１４】
この封止構造によって、任意の市販の水潤滑シールを水シールとして使用することが可能となる。水シールは端面式シール又はリップ式シールでもよい。また、第１オイルシールも端面式シール又はリップ式シールでもよい。
【００１５】
この封止構造によって、空気圧によって作動する緊急用シールを水シールと接続して使用することが可能となる。これは、封止構造に簡易構造の水シールが用いられることで、空気圧によって作動する緊急用シールのための空間が残ることに起因する。シールを交換する間に水シール内のシールチャンバの内部への海水の浸入を取り除くように、水シール内のシールチャンバに続く海水経路を閉鎖することができる。水シール及び第１オイルシール内のシールリングの交換は船舶内で完了させることができる。また、点検用開口部を通る、船舶内から中間区画までのアクセスを提供することができる。
【００１６】
この封止構造によって、水シールにおいて簡易且つ費用効率の高い解決策を用いることが可能となる。この構造では、シールチャンバをその間にもった２つのリップシールリングのみを備えるリップ式水シールを使用することができる。シールリングを潤滑及び冷却するように、海水をシールチャンバ内で循環させることができる。シールチャンバの内部に導かれる潤滑水を加圧する必要はない。中間区画内の空気圧が第２シールリングの後側に作用することで、第２シールリングの前側と後側との間の適切な圧力差を維持できる。
【００１７】
この封止構造は、必要な構成要素の数が従来技術の解決策よりも少ない。ポンプ、周波数変換器付きの電気モータ及び冷却要素を取り除くことができる。従来技術の解決策における４つのシールリングと比較して、この封止構造は２つのシールリングのみをリップシールに基づく水シール内に必要とする。
【００１８】
この封止構造は、特に砕氷船での振動によって起こるポンピング現象を最小化させる。
【００１９】
この封止構造は水シールの速やかな交換に寄与する。リップ式水シールにおいて最も重要なシールリングは第２シールリングである。第２シールリングが損傷した場合、この第２シールリングのみを通常の港での停留の間に交換するのは簡単なことである。
【００２０】
この封止構造によって、緊急事態におけるシールの交換を先送りにすることが可能となる。水シール内の第２シールリングが損傷すると中間区画の内部全体が浸水する事態となりうる。推進器は、そのような事態においても、水シールを港で交換できるまで依然としてフルパワーで動作することができる。２つのシールリングをもつリップ式シールに基づいた第１オイルシールが用いられる場合、ベアリングの内部への海水の浸入を取り除くように、２つのシールリングの間にあるシールチャンバを、海水圧を超えるように手動的に加圧してもよい。
【００２１】
この封止構造によって、重要な構成要素の冗長性を簡単に有することが可能となる。中間区画は、常に海水圧を下回る圧力に加圧されている必要がある。中間区画を加圧するのに用いられる構成要素は簡単に冗長化できる。中間区画の容積はかなり大きく、例えば５００〜３０００リットルの範囲内に作ることができ、これは、空気の供給が少しの間休止してもシステムには影響しないことを意味する。
【００２２】
この封止構造は、その簡易性から、従来技術の解決策よりも全体的に費用が低い。
【００２３】
水シールは純粋に水のみで潤滑される。これは、潤滑オイルが水シールから海に漏洩することが発生しえないことを意味する。当然ながら、水シールにおける潤滑オイルとして生分解性オイルを使用することも可能だが、生分解性オイルの使用はシャフトシールに期待される寿命を短くしうる。ミネラルオイルで潤滑されたシャフトシールの寿命は略５年程度だが、生分解性オイルで潤滑されたシャフトシールの寿命は略２年半程度である。
【００２４】
以下、本発明は、付属の図面を参照しながら、好適な実施例によってより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】船舶の推進器の断面を示す。
【図２】図１の推進器の下端部を拡大したものを示す。
【図３】プロペラシャフト用のシールリングの断面を示す。
【図４】従来技術におけるプロペラシャフト用の封止構造の断面を示す。
【図５】従来技術におけるプロペラシャフト用の封止構造及び制御システムの基本構成を示す。
【図６】本発明の一実施例に係るプロペラシャフト用の封止構造及び制御システムの断面を示す。
【図７】図６の封止構造及び制御システムの基本構成を示す。
【図８】本発明の他の実施例に係るプロペラシャフト用の封止構造及び制御システムの断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は船舶における推進器の断面を示す。推進器２０は、上部２２と下部２３とをもった中空のストラット２１を備える。ストラット２１の上部２２は、ストラットの下部２３を支持する支持アームを形成する。ストラット２１の下部２３は、第１端部２３Ａとそれに対向する第２端部２３Ｂとを有する長手方向の区画を形成する。ストラットの下部２３は駆動部３０、３１及び３２を含む。この実施例では、駆動部は、第１電気モータ３０と、第１シャフト３１と、ストラット２１の下部２３における第２端部２３Ｂの外側に配置されたプロペラ３２と、を備える。第１シャフト３１の第１端部３１Ａは第１電気モータ３０に接続され、第１シャフト３１の第２端部３１Ｂが、ストラット２１の下部２３における第２端部２３Ｂから突出する。プロペラ３２は第１シャフト３１の第２外端部３１Ｂに接続される。第１シャフト３１の軸方向中央線Ｘ−Ｘが軸線を形成する。推進器２０は、回転の重心軸Ｙ−Ｙ周りに３６０度回転できるように、ストラット２１の上部２２を介して船舶１０に回転可能に取り付けられる。推進器２０は、ギアホイール２５によって、回転の重心軸Ｙ−Ｙ周りに３６０度回転させることができる。第１シャフト３１は、ベアリング４１及び４２によってストラット２１の下部２３内に回転可能に取り付けられる。第１シャフト３１の第２端部３１Ｂは、ストラット２１の下部２３における第２端部２３Ｂから第１シャフト３１が突出する開口部Ｏ１内の水シール１００によって封止される。第１シャフト３１の第２端部３１Ｂにおけるベアリング４１は、第１オイルシール２００で封止される、水シール１００に面する側、及び第２オイルシール４００で封止される、反対側にある。オイルシール２００及び４００は、オイルが、ベアリング４１からストラットの下部２３の内部やストラット２１の下部２３の周りの海の中へと漏洩するのを防止する。
【００２７】
図２は、図１の推進器の下端部を拡大したものを示す。この拡大で、ストラット２１の下部２３における第２端部２３Ｂが示される。この図では、第１電気モータ３０と、シャフト３１と、プロペラ３２と、ベアリング４１と、水シール１００と、第１オイルシール２００と、第２オイルシール４００とを示す。推進器は、プロペラ３２とベアリング４１との間に中間区画３００を備える。中間区画３００は、プロペラ３２における鉛直な第１壁部２６、及びベアリング４１の支持構造から形成されている鉛直な第２壁部２７に、軸線方向Ｘ−Ｘで囲まれる。中間区画３００の外周が、その第１壁部２６と第２壁部２７との間に軸線方向Ｘ−Ｘに延在する、ストラット２１における下部２３の外周２８の一部によって形成される。中間区画３００の内周が、水シール１００の外周、第１オイルシール２００の外周及び水シール１００と第１オイルシール２００との間にあるシャフト３１の外周によって形成される。第１壁部２６と第２壁部２７とは、互いに軸線方向Ｘ−Ｘの距離Ａ１だけ離間する。シャフト３１は中間区画３００を通過する。
【００２８】
図３は、プロペラシャフトを封止するためのシールリングの断面を示す。シールリング１１０はリップシールから形成され、第１リップ部１１１と第２支持部１１２と、を備える。支持部１１２は、シールリング１１０を支持する支持フレーム１１３の内部に嵌合する。リップ部１１１は、シャフト３１の外面に対して作用するか、或いはシャフト３１に嵌合するライナーの外面に作用する。リップ部１１１は、ばね１１４によってライナーに押し付けられる。リップ部１１１の前側ＦＳに作用する海水が、リップ部１１１を更にライナーに押し付ける。海水圧は、推進器２０の軸線Ｘ−Ｘの喫水に依存している。推進器内のシャフトのシールは、例えば４〜１０メートルの軸線Ｘ−Ｘの喫水用に設計することができる。この発想は、リップ部１１１の前側ＦＳとリップ部１１１の後側ＢＳとの間の圧力差を小さく保つためのものである。リップ部１１１における、リップ部１１１のライナーに対する密閉を保つための目標の圧力差は０．１〜０．５バールであり、有利には０．３バールである。この圧力差が少ないと漏洩の虞が増し、大き過ぎる圧力差はリップの過剰摩耗を促進する。軸線方向又は径方向の強い軸運動も漏洩の虞を増加させる。リップ部１１１は、例えば水及びオイルを含む潤滑媒体によって更に潤滑になる。潤滑媒体はリップ部１１１の後側ＢＳに導かれる。こうして、海水と潤滑媒体との間の圧力差が維持される。
【００２９】
図４は、従来技術におけるプロペラシャフト用の封止構造の断面を示す。この図は、４つの水シールリング１１０，１２０，１３０及び１４０と、４つの水シールリング１１０，１２０，１３０及び１４０の間に形成された３つのシールチャンバ１１５，１２５及び１３５とを備える水シール１００を示す。シャフト３１の上にライナー３３があることで、シールリング１１０，１２０，１３０及び１４０のリップ部がライナー３３の外面に作用する。シールリング１１０，１２０，１３０及び１４０における全てのリップ部が海水に面している。各シールリング１１０，１２０，１３０及び１４０のリップ部にかかる圧力差は、シールリング１１０，１２０，１３０及び１４０の摩耗を軽減するように最小値に保たれる。シールリング１１０，１２０，１３０及び１４０のリップ部１１１は、リップ部１１１の内部に組み込まれたばね１１４、及びシールチャンバ１１５，１２５及び１３５内の水圧や油圧といった潤滑媒体の圧力によって、ライナー３３に対してしっかりと閉じられる。
【００３０】
海水圧は喫水に依存する。例えば４メートルの喫水が約０．４バールの水圧に相当し、第１シールリング１１０に作用する。第１シールチャンバ１１５内に存在する圧力は第１シールリング１１０の状態に依存する。第１シールリング１１０の基本的な機能は「泥シール」として作用することであり、通常、第１シールリング１１０は、作動からしばらくすると海水と第１シールチャンバ１１５との間の圧力を安定させる。いずれにしても、新品の第１シールリング１１０はライナー３３に対してしっかりと密接する。つまり、第１シールリング１１０が新しい場合には第１シールチャンバ１１５内の圧力を海水圧よりも低くすることができる。しかしながら、第１シールチャンバ１１５内の圧力は、作動からしばらくすると軸線Ｘ−Ｘにおける海水圧と同じになる。
【００３１】
図５は、従来技術におけるプロペラシャフト用の封止構造及び制御システムの基本構成を示す。この封止構造は、先述した従来技術を公開している特許文献３に開示されている。
【００３２】
この図は、４つの水シールリング１１０，１２０，１３０及び１４０と、４つの水シールリング１１０，１２０，１３０及び１４０の間に形成された３つのシールチャンバ１１５，１２５及び１３５とをもつ水シール１００を示す。水シール１００は、水が船舶の内部に浸入するのを防止する。潤滑オイルタンク７０が、第１供給パイプ７２によって第１ポンプ６２の入口に接続される。第１ポンプ６２の排出口が、第２供給パイプ７３によって熱交換器６３の入口に接続される。熱交換器６３の排出口が、第３供給パイプ７４によって水シール１００に接続される。第２シールチャンバ１２５は、第１接続パイプ７５及び第２接続パイプ７７によって第３シールチャンバ１３５に接続される。更に、第１接続パイプ７５と第２接続パイプ７７との間には固定スロットル７６がある。更に、第３シールチャンバ１３５から潤滑オイルタンク７０に戻る返送パイプ７８がある。また、船舶の内部へと続き、それを通して潤滑オイルタンク７０を潤滑オイルで充填できる充填パイプ７１もある。更に、バルブ８０を介して第２接続パイプ７７に接続される排水管８１がある。熱交換器６３は、推進器２０の周りの海水による熱交換器６３の冷却が実現されるように、推進器２０本体に直接接続することができる。
【００３３】
こうして、潤滑オイルは、第１ポンプ６２によって潤滑オイルタンク７０から第２シールチャンバ１２５の内部へと送り込まれ、更に、固定スロットル７６を通って第３シールチャンバ１３５に向かい、そして更に潤滑オイルタンク７０へと戻る。
【００３４】
第１ポンプ６２は第２電気モータ６１によって駆動され、第２電気モータ６２は周波数変換器５６によって制御される。
【００３５】
第１圧力センサ５１が第１シールチャンバ１１５内の圧力を測定し、測定信号を第１制御部５３に送信する。第１制御部５３は、加算器５４及び更にはＰＩ制御回路５５を介して周波数変換器５６に接続される。第２圧力センサ５２が第２シールチャンバ１２５内の圧力を測定し、測定信号を加算器５４に送信する。
【００３６】
このシステムにおける潤滑オイルのバランスは、第２電気モータ６１の回転速度、ひいては第１電気モータ６１に接続された第１ポンプ６２の回転速度をも制御することで維持される。第１ポンプ６２の回転速度は、水シール１００に送り込まれるオイルの量に対応する。第２シールリング１２０にかかる圧力差は、第１ポンプ６２の回転速度を調整することで所定の範囲内に維持される。例えばシャフトのレベルＸ−Ｘにおける海水圧が１．０バールの場合、第２シールチャンバ１２５内の圧力は、例えば０．４５バールになるように、第１ポンプ６２の回転速度によって調整される。固定スロットル７６は、第３シールチャンバ１３５に入るときの潤滑オイルの圧力を軽減する。第３シールチャンバ１３５内の潤滑オイルの圧力は、軸線Ｘ−Ｘと潤滑オイルタンク７０との間の高低差Ｈ１によって起こる静水圧によって定まる。第３シールチャンバ１３５内の潤滑オイルの圧力は、典型的には０．１バールである。つまり、この発想は、第２シールチャンバ１２５内の圧力を、シャフトのレベルＸ−Ｘにおける海水圧と第３シールチャンバ１３５内の圧力との間のレベルに保つためのものである。こうして、この構造によって、第２シールリング１２０及び第３シールリング１３０にかかる圧力差は一定になる。潤滑オイルは、その中で潤滑オイルが冷却される熱交換器６３を通過する。冷却された潤滑オイルは水シール１００を冷却する。
【００３７】
第１オイルシール２００は、２つのシールリング２１０及び２２０と１つのシールチャンバ２１５とを備える。第１オイルシール２００は、潤滑オイルがベアリング４１から海へと漏洩するのを防止する。ベアリング４１は潤滑オイルによって絶え間なく潤滑され、この潤滑オイルは第１オイルシール２００内の第１シールリング２１０も潤滑する。ベアリング潤滑オイルの一部を、第１オイルシール２００内の第２シールリング２２０も潤滑し冷却するようにシールチャンバ２１５を通して導くこともできる。
【００３８】
図６は、本発明の一実施例に係るプロペラシャフト用の封止構造及び制御システムの断面を示す。
【００３９】
水シール１００は、２つのシールリング１１０及び１２０と、２つのシールリング１１０及び１２０の間に形成されたシールチャンバ１１５とを備えるリップ式シールである。シールリング１１０及び１２０はリップシールに基づく。更に、水シール１００の最外端部に、海水に向けられた緊急用シールリング１０５がある。水シール１００は、シールチャンバ１１５を通過する海水ＳＷによって潤滑される。第１シールリング１１０の基本的な機能は「泥シール」として作用することであり、通常、第１シールリング１１０は、作動からしばらくすると海水と第１シールチャンバ１１５との間の圧力を安定させる。
【００４０】
オイルシールは、ベアリング４１の反対側にある２つの対称的なオイルシール２００及び４００から構成される。第１オイルシール２００、すなわちベアリング４１の右手側にあるオイルシールは、２つのシールリング２１０及び２２０と、２つのシールリング２１０及び２２０の間に形成されたシールチャンバ２１５とを備えるリップ式シールである。第１オイルシール２００は、潤滑オイルタンク７０からシールチャンバ２１５まで循環している潤滑オイルによって潤滑される。また、第２オイルシール４００、すなわちベアリング４１の左手側にあるオイルシールは、２つのシールリング４１０及び４２０と、２つのシールリング４１０及び４２０の間にあるシールチャンバ４１５とを備えるリップ式シールである。
【００４１】
水シール１００及び第１オイルシール２００は、共通の中間区画３００内に含まれている。中間区画３００は、プロペラ３２における第１鉛直壁部２６、及びベアリング４１における第２鉛直壁部２７に囲まれている。中間区画３００の外周は、第１鉛直壁部２６と第２鉛直壁部２７との間にあるストラット２１の下部２３の骨組みの外周２８によって形成される。中間区画３００の内周は、水シール１００、第１オイルシール２００及び水シール１００と第１オイルシール２００との間にあるシャフト３１の外周によって形成される。第１鉛直壁部２６と第２鉛直壁部２７との間の距離は第１軸線方向距離Ａ１である。更に、水シール１００と第１オイルシール２００との間の距離は第２軸線方向距離Ａ２である。第２鉛直壁部２７には、ストラット２１の内部から中間区画３００までのアクセスを提供する点検用開口部２９が設けられる。空気圧システム５００が中間区画３００内の空気圧を制御する。中間区画３００の容積は、典型的には５００〜３０００リットルの範囲内である。
【００４２】
第２軸線方向距離は、水シール１００及び第１オイルシール２００を点検し取り換えるのに必要な距離である。この構造は、水シール１００及び第１オイルシール２００を点検する際に、整備士が点検用開口部２９を通過して中間区画３００の内部に行けるようにすることができる。他の可能性として、整備士は中間区画３００の内部を完全には通過することなく点検用開口部２９を通して点検を行う。水シール１００と第１オイルシール２００との間の第２軸線方向距離は、古いシールを取り除いて新たなシールを設置することを可能にするのに必要な距離である。水シール１００は１つのシールリング１１０及び１２０として取り外され、第２シールリング１２０から一度に取り外される。第２シールリング１２０内の締結ボルトが開けられ、第２シールリング１２０は、第２シールリング１２０を取り外すことができる、水シール１００と第１オイルシール２００との間の空間へと軸線方向Ｘ−Ｘに引っ張られる。同じ手順が第１シールリング１１０に対しても行われる。同様の手法で第１オイルシール２００を取り外すことができる。新たな水シール１００及び新たな第１オイルシール２００の設置が逆の順序で行われる。
【００４３】
加圧された中間区画３００の使用が、簡素且つ商用の任意の種類の水シール１００の使用を可能にする。水シール１００は図示のようなリップシール又は端面シールであってもよい。また、第１オイルシールも図示のようなリップシール又は端面シールであってもよい。
【００４４】
図７は、図６の封止構造及び制御システムの基本構成を示す。
【００４５】
この図は、２つのシールリング１１０及び１２０と、シールリング１１０及び１２０の間に配置されたシールチャンバ１１５とをもつ水シール１００を示す。シールリング１１０及び１２０は、プロペラシャフト３１の上に配置された第１ライナー３３に作用する。水シール１００は、海水ＳＷのみによって潤滑及び冷却される。水シール１００内のシールチャンバ１１５内で海水ＳＷを回転させるのに簡易且つ機械的なサーキュレータが使用できる。また、水シール１００内のシールチャンバ１１５内における圧力を測定する第１圧力センサ９１もある。
【００４６】
水シール１００内のシールチャンバ１１５内における圧力は、シャフトのレベルＸ−Ｘにおける海水圧と同じである。空気圧は、第１バルブ９４が設けられた第１パイプ９３によって空気圧システム５００から中間区画３００へと導かれる。中間区画３００内の空気圧は、空気圧システム５００によって、水シール１００のシールチャンバ１１５内で作用する海水圧を例えば０．１バール下回る一定のレベルに保たれる。これは、水シール１００内の第２シールリング１２０にかかるのに適した圧力差を保つことができることを意味する。空気圧システム５００の制御部５１０が、入力信号として、第１圧力センサ９１によって測定された水シール１００内のシールチャンバ１１５の圧力、及び第２圧力センサ９２によって測定された中間区画３００内の圧力を受信する。制御部５１０は、空気生成部５２０を制御することで、中間区画３００内に、第１圧力センサ９１によって測定された水シール１００内のシールチャンバ１１５内の空気圧に基づく所望の空気圧を生成する。こうして、水シール１００内の第２シールリング１２０にかかる圧力差は、例えば０．１バールのレベルに一定に保たれる。これは、水シール１００内の第２シールリング１２０が極めて良好に作用する状態となることに寄与するだろう。
【００４７】
また、この図は、２つのシールリング２１０及び２２０と、シールリング２１０及び２２０の間に配置されたシールチャンバ２１５とをもつ第１オイルシール２００も示す。シールリング２１０及び２２０は、プロペラシャフト３１の上に配置された第２ライナー３４に作用する。第１オイルシール２００は、潤滑オイルタンク７０から循環している潤滑オイルによって潤滑される。潤滑オイルは、シールチャンバ２１５を通って循環される。潤滑オイルタンク７０に続く充填パイプ７１がある。第１オイルシール２００は、潤滑オイルがベアリング４１から漏出するのを防止する。一方、第１オイルシール２００は、中間区画３００が浸水した緊急事態にも、ベアリング４１の内部に海水が浸入するのを防止する。
【００４８】
第１オイルシール２００内のシールチャンバ２１５は、軸線Ｘ−Ｘと潤滑オイルタンク７０との間の高低差Ｈ２によって起こる静水圧によって加圧される。シールチャンバ２１５内でオイルを循環させるのに簡易且つ機械的なオイルサーキュレータが使用できる。オイルタンク７０は、ストラット２１の下部２３における第１電気モータ３０を冷却するのに使用される冷却空気の温度にまで冷却される。ベアリング４１に最も近い封止用リング２１０は、ベアリング４１内での潤滑オイルの循環によって冷却される。空気圧制御システム５００内で生成された空気圧は、更に、第２バルブ９６が設けられた第２パイプ９５によって潤滑オイルタンク７０に導かれる。これは、第１オイルシール２００内のシールチャンバ２１５に作用する圧力が、空気圧システム５００によって生成された空気圧が加わる潤滑オイルタンク７０と軸線Ｘ−Ｘとの間の高低差Ｈ２によって起こる静水圧であることを意味する。中間区画３００内の空気圧は、シャフトのレベルＸ−Ｘにおける海水圧を０．１バール下回る。つまり、シールチャンバ２１５内の圧力は、高さＨ２によって起こる静水圧が加わり、シャフトのレベルＸ−Ｘにおける海水圧を０．１バール下回る。高さＨ２は例えば１メートルであってもよく、これは、対応する静水圧が０．１バールとなりうることを意味する。こうして、シールチャンバ２１５内の圧力はシャフトのレベルＸ−Ｘにおける海水圧に対応しうる。また、こうして、第１オイルシール２００内の第２シールリング２２０にかかる圧力差は０．１バールとなりうる。更に、バルブ８０を介して第１オイルシール２００内のシールチャンバ２１５に接続された排水管８１がある。
【００４９】
図８は、本発明の他の実施例に係るプロペラシャフト用の封止構造及び制御システムの断面を示す。この実施例を図７に示す実施例と比較すると水シール１００のみに違いがある。水シール１００は、この実施例では端面式シール１５０に基づく。シャフト３１には円筒形状の締結部材３５が設けられ、端面式シール１５０はその締結部材３５に取り付けられる。水シール１５０の鉛直面が、第１鉛直壁部２６内に配置される鉛直ライナー３６に対して作用する。この端面式シール１５０は、締結部材３５に取り付けられた円筒形状部１５２と、ライナー３６に作用する円形状部１５１とから形成される。鉛直ライナー３６に対して作用する円形状部１５１には、封止を形成するリップが設けられてもよい（不図示）。様々な種類の端面式シール１５０があるが、鉛直ライナー３６に対して作用するリップを設けることが可能な円形状部１５１は、端面式シール１５０にとって一般的な特徴である。第１圧力センサ９１は、円形状部１５１内のリップの間にある小さな水シールチャンバからか、或いは第１端壁部２６の外側に作用する海水から直接的に、軸線Ｘ−Ｘにおける海水圧を測定してもよい。封止構造と制御システムとは、図７に示す他の点において対応している。中間区画３００内の空気圧は、端面式シール１５０の円形状部のリップを鉛直ライナー３６に対して押し付けるように端面式シール１５０に作用する。
【００５０】
この封止構造によって、緊急事態におけるシールの交換を先送りにすることが可能となる。水シール１００内のシールリング１２０が損傷すると中間区画３００の内部全体が浸水する事態となりうる。推進器２０は、そのような事態においても、水シール１００内のシールリング１２０を港で交換できるまで依然としてフルパワーで動作することができる。ベアリング４１の内部への海水の浸入を取り除くように、オイルシール２００内の２つのシールリング２１０及び２２０の間にあるシールチャンバ２１５を、海水圧を超えるように手動的に加圧してもよい。これは、第１バルブ９４を閉じ且つ第２バルブ９６を開けっ放しにすることで行うことができる。第２圧力センサ９２によって測定される、浸水した中間区画３００内の圧力よりも高い圧力を有する加圧された空気を潤滑オイルタンク７０の内部に導くことができる。こうして、第１オイルシール２００内のシールチャンバ２１５における圧力が、浸水した中間区画３００内の圧力よりも高くなり、第１オイルシール２００内のシールチャンバ２１５の内部に海水が浸入するのを防止する。
【００５１】
船舶の喫水が大体一定の場合には、必ずしも空気圧が空気圧システム５００から潤滑オイルタンク７０まで繋がる必要はない。そのような場合、潤滑オイルタンク７０は、第１オイルシール２００内のシールチャンバ２１５において適切な静水圧を維持するように適切な高さＨ２に位置付けることができる。第１オイルシール２００内のシールチャンバ２１５における圧力は、オイルがベアリング４１から中間区画３００へと漏洩するのを防止するように、中間区画３００内の圧力よりも高いレベルでなければならない。
【００５２】
なお、第１オイルシール２００用の潤滑オイルタンク７０がなくても可能となりうる。そのような場合、第１オイルシール２００は１つのシールリング２１０のみを備える。これは、船舶の喫水が小さく且つ一定である場合、すなわち中間区画３００内の圧力が小さく且つ安定していることを意味する場合に可能となりうる。
【００５３】
また、端面式シールを第１オイルシール２００として使用することも可能となりうる。しかしながら、リップ式シールの方が第１オイルシール２００として使用するのに適している。
【００５４】
図６に示す緊急用シール１０５は、封止構造における任意の特徴である。緊急用シール１０５は、水シール１００を交換する状況において空気で膨張させることができる。緊急用シール１０５は、水シール１００を交換するときに船舶の内部に水が浸入するのを防止する。緊急用シール１０５が使用されない場合、水シール１００を交換するときにプロペラ３２と第１鉛直壁部２６との間に一時的な膨張可能シールを設置するダイバーが必要になる。
【００５５】
当然ながら、緊急用シール１０５は図８に示す本発明の実施例にも使用することができる。
【００５６】
中間区画３００は閉鎖された気密な区画である。中間区画３００の空気は、水シール１００及び第１オイルシール２００を通ることでしか漏出しえない。そのため、点検用開口部２９は、閉鎖時に気密となるように封止されなければならない。当然ながら、鉛直な第２壁部２７にその周囲方向に沿って幾つかの点検用開口部２９があってもよい。
【００５７】
図１に示す、ストラット２１の下部２３の第２端部２３Ｂにおける開口部１は、推進器２０本体の内部に形成される。推進器２０本体はストラット２１によって形成される。
【００５８】
中間区画３００には有利には空気が充填されるが、空気の代わりに他の任意の気体が中間区画３００内で使用されてもよい。封止構造の周りに使用可能な空気があることから、空気の使用は有利である。空気を使用するための費用は低いが、他の気体を使用すると費用が上がりうる。
【００５９】
本発明に係る封止構造は、図１に示す推進器に限定されない。当然ながら、封止構造は、例えばストラット２１の上部２２や、むしろ船舶１０のハル１１の内部に駆動モータ３０が配置された推進器においても用いることができる。そのような場合、推進器２０は、駆動モータから延在するか或いは駆動モータを通ってプロペラシャフト３１まで降りる鉛直な駆動シャフトを備えてもよい。鉛直な駆動シャフトはピニオン構造によってプロペラシャフト３１に接続することができる。また、封止構造は、外部に推進器がない船舶１０にも用いることができる。そして、推進装置は、船舶１０のハル１１の内部から、船舶１０のハル１１の船尾における開口部Ｏ１を通って海水へと延出するプロペラシャフトを備えてもよい。そのような場合、推進装置内の駆動モータ３０は、船舶１０のハル１１内に配置される。駆動モータ３０は、電気モータの代わりに燃焼エンジンであってもよい。そのような場合、封止構造は船舶１０のハル１１における開口部Ｏ１と接続するように配置される。ベアリング４１は開口部Ｏ１の近くに配置される。船舶１０のハル１１内の封止構造は、図２に示す封止構造と対応するようになってもよい。
【００６０】
本発明及びその実施例は上述の例示に限定されず、請求項の範囲内で多様化してもよい。
【図１】
0006393833.tif 000002
【図２】
0006393833.tif 000003
【図３】
0006393833.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006393833.tif 000008
【図８】
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