JPH02212293A - 二重反転プロペラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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］ 船舶の推進効率の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ｌ１７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、同等問題とならない。

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、はぼ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１０
０％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７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りを設定す
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
囲りを設定すると、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）で動かずことができなくな
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５００
０ＰＳ、　１５０ｒｌ）ｌまテノ船舶ニ二重反転プロペ
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■
−■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１１２１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３
０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なり、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
きるようにしである。

このような遊星歯車ｖａｆ＃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ｌｌ９２３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「二重反転軸の内袖及び主機の
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、主観２１の回転数が機関連続使用禁止
範囲により大きい回転数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ＩＰが許容応
力Ｇに近づいたり、広範囲にチャタリング発生域ト■が
生じることとなり、ピークＥを発生させる機関回転数Ｎ
１を含む相当の回転数域を連続使用禁止範囲にとして設
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１！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と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。

このなめ船尾側プロペラ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
　Ｓｌｏｗ）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同等問題とならな
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
に、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
Ｍ叙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。

［発明の効果コ 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、キャリアを逆転状態として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図のト
１矢視図、第４図は二重反転軸の内袖及び主機のクラン
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ニスラストカラー２０ニスラストパツド、２
１：主機、２２：シール装置、２３：動力分配機構、２
４：太陽歯車く外歯車）、２５：太陽歯車（内歯車）、
２６：キャリア、２７：遊星歯車、２８：制動手段、２
９ニブレーキデイスク、３０：架台、３１：ディスクパ
ッド、３２：中間軸受、３３：中間軸。 第４図 イ呑− 肩圓只１ｆぜ →閏 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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。