JPH06191483A - 流体機械のロータの翼の角度位置を変更するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体機械の翼を調節するための装置におい
て、該装置を確実かつ容易に操作できるようにする。 【構成】 そのために翼（３）がボス本体（１）内でプ
レス結合によってロックされており、かつこのプレス結
合が、翼（３）を調節する目的で高圧オイルの供給によ
って一時的に弛緩可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念に
記載の装置に関する。以下において該装置は、例へば船
舶プロペラに基いて説明されており、そのプロペラピッ
チは、船舶推進装置の停止中に調節することができる。

【０００２】

【従来の技術】船舶用プロペラは、固定プロペラ、調節
プロペラ又は可動プロペラとして設計されている。

【０００３】可動プロペラは、大きな角度範囲（約６０
°までの）に亘り“全速前進”から“零推力位置”を介
して“全速前進”にまで連続的に、かつ軸の全回転数に
亘って調節可能である。つまり可動プロペラは、船舶の
種々の運転状態において推力装置に適合し、かつ逆方向
航行への逆転装置にも適合しており、また遅滞のない迅
速な操縦が可能である。これらの問題を達成するために
は、プロペラボス内の機構と、プロペラ軸の中空孔と、
流体装置とが必要である。従って可動プロペラの調達費
は固定プロペラよりも高価である。またより大きいな直
径のプロペラボスを組み込むため、プロペラの効率に負
の影響を及ぼす可能性がある。

【０００４】固定プロペラは、今日では一般的に１つの
部材から製造されていて、価格的に有利に調達すること
ができる。前進航行から逆進航行への切換操作は、固定
プロペラの回転方向の逆転によって行われており、この
ことは、例へば長期間航行のディーゼルエンジンにあっ
ては問題なく可能である。更に操縦のために駆動機械の
回転数ひいてはプロペラの回転数を変えることができ
る。またボス部の直径は、可動プロペラのボスの直径よ
りも小さい。

【０００５】固定プロペラは１つの部材から成っている
ため、損傷があった場合には全プロペラの翼を交換しな
ければならない。従って１つの部材で製造された固定プ
ロペラは、古くから所謂“組み込みプロペラ”であり、
その場合個々の翼は、別々にボスに固定されていて別々
に交換可能である。

【０００６】固定プロペラの重大な欠点は、船舶の交互
の運転条件例へば積載状態、船齢、気象条件、季節等へ
の適合が不可能であるという点にある。また模型試験の
際の又はプロペラ計算の際の、試算における不確実さが
常に発生して、固定プロペラが運転中駆動装置の構造条
件に完全には一致しないで、ピッチが変化してしまうよ
うなことがある。

【０００７】固定プロペラのこの欠点は調節プロペラに
よって取り除くことができる。その際調節プロペラは
“組込みプロペラ”であって、ピッチが限定された調節
範囲（２°乃至６°）内で変化することができる。この
種の調節プロペラのために、既に多数の発明及び構造提
案がなされている。

【０００８】簡単な構成例にあっては翼固定ねじが長孔
を貫通して翼フランジ内に案内されており、かつ翼のボ
スに対するロックが嵌合ピンによってなされており、該
嵌合ピンは予め準備された２つ又は３つの位置に位置せ
しめられている。翼調節の変更には翼固定ねじの弛緩が
必要である。この作業を水中で行うのは困難であり、従
ってコストのかかる船舶のドック作業が必要になる。

【０００９】複雑な構造型式の場合には、プロペラの総
ての翼のための共通の調節機構が存在しており、該機構
は機械的、流体的又は電磁式に作動可能である。

【００１０】この調節機構は、翼を調節された位置に保
持するために必要なモーメント及び力によって、常に負
荷せしめられている。

【００１１】この問題を解決するためドイツ国特許第３
４１７８５３Ａ１号明細書に図示の構造体が提示されて
おり、その場合翼ピンは自縛式の円錐形リングによって
固定されている。この調節機構は、軸停止中の調節作業
の間にだけ使用され、運転中は翼モーメント及び翼力が
負荷されなないようになっている。しかし一度調節され
たピッチは、プロペラ軸からプロペラを解体した場合に
だけ弛緩可能である。

【００１２】つまり従来公知の調節プロペラは、１つ又
はそれ以外の形式の問題を抱えているためいままでは広
範囲に使用されることがなかった。また多くの場合費用
は、完全機能型の可動プロペラよりも著しく安価である
とは限らない。

【００１３】しかしここに船舶用プロペラの例で説明し
た諸問題は、同じ様に翼の設けられた別の流体機械にも
発生している。この場合も、機械の作動形式を変化した
運転条件に適合させるため、一時的な調節作業が必要で
ある。その際例へばプロペラタービンを念頭においてい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前述
の形式の調節装置を改良して、該装置を確実かつ容易に
操作可能にすることにある。このため本発明の対象に基
くロータは、その（少くとも付属部材のコストも考慮し
た）製造コストが、調節できないロータのコストよりも
高くないか又はほんの僅か高いだけでなければならず、
かつボス領域が良好なプロポーションを有していなけれ
ばならない。特に船舶用プロペラにあっては、調節プロ
ペラの場合に必要なボス寸法よりも小さなボス寸法を実
現することを狙っている。つまりボスの寸法が効率に僅
かな影響を与えるだけか、又全く与えないようにするこ
とを狙っている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明では、請求項１に
記載の特徴によって上記課題を解決することができた。

【００１６】請求項２以下には特に有利な別の構成が述
べられている。

【００１７】

【発明の効果】多くの場合、調節の変更作業は極く限ら
れた場合にだけ必要であるということが基礎になってい
る。つまり調節の変更作業は、本発明の対象を備えた船
の荷卸し又は積荷の後、東／西大洋横断航行及び西／東
大洋横断帰還航行の後、数か月の運航の後の船舶本体の
状態を検査する時又はそれに類似した運航の後等に限定
されている。従ってこれらの総ての場合には、調節作業
を港湾停泊中の軸停止時に行うことができる。つまり本
来の船舶運行中調節モーメント及び調節力がプロペラ翼
に負荷せしめられることのないような調節機構を設計す
ることが充分に可能である。

【００１８】本発明の基本的な考え方は、プロペラ翼が
通常運転中確実なプレス結合部によってボスに不動に保
持されていて、調節できないようになっているというこ
とである。この結合部は翼の調節のためにだけ、高圧オ
イルを翼フランジと支持ディスクとの間の分離面内に導
入することによって、一時的に弛緩せしめられる。その
場合翼は僅かな費用で調節されうる。この調節のために
調節機構が設けられている。調節した後高圧が放圧され
て、再び不動なプレス結合部が形成される。

【００１９】船舶用プロペラにおける上述の調節作業
は、少くとも港湾設備内で作業できるダイバによって水
面下で行われる。従って船のドック作業は不必要であ
る。

【００２０】

【実施例】本発明に基く調節プロペラが図に図示されて
いる。

【００２１】１部分状のプロペラボス１が従来の形式で
プロペラ軸２に固定されている。図１においては、固定
装置がプロペラ軸の後方フランジ上に図示されており
（可動プロペラにあっては通常の形式である）、図２に
おいては、ボス１の固定部が円筒形又は円錐形の後方軸
端部上に図示されている（固定プロペラにあっては通常
の形式である）。プロペラボス１はその外周部に、翼数
（３乃至７）に対応してプロペラ翼３のための半径方向
又はほぼ半径方向の複数の開口部を有している。図１及
び図２には５翼のプロペラが図示されている。

【００２２】翼３のフランジ４は、複数の歪ボルト６に
よってボス１内方の支持ディスク５に結合されている。
歪ボルト６は有利には内方から差し込まれている。それ
は、外方から差し込む場合よりも多数の歪ボルトを差し
込むことができるからである。歪ボルトの歪及びバイア
スは、翼フランジ４／支持ディスク５の構造グループが
充分な確実性を以ってボス１の孔内の突起７に押し込ま
れるように設計されている。

【００２３】翼フランジ４は、嵌合ピン８によって、ボ
ス本体１に対してではなく支持ディスク５に対してロッ
クされている。構造グループ4/5のボス１に対するロッ
クは、専ら摩擦結合によって行われている。例へば翼の
基本接触部の近傍に摩擦結合を凌駕しかねないような異
常に高い回転モーメントが負荷された場合に、予め規定
された２°から６°までの調節範囲を超えることがない
ように、２つのストッパ９が設けられている。

【００２４】更に本発明にあっては、翼固定部の摩擦結
合が翼調節のために一時的に弛緩され得るように構成さ
れている。そのために、中心孔１７、高圧ホース１８及
び支持ディスク５内の孔を貫通する（１０００バールオ
ーダの）高圧オイルが、翼フランジ４と支持ディスク５
との間の、シール装置１０によって制限されている圧力
室内に導入される。全圧力面は、適切に配置された溝を
貫き高圧オイルによって負荷され得るように保証されて
いる。この高圧オイルによる負荷によって歪ボルト６が
伸びて突起７の押圧力を相殺し、付加的に１０分の数ミ
リメートルの大きさのギャップが発生する。このように
して構造グループ4/5を、ボス本体１の突起７に対して
軽く回動させることができる。

【００２５】図１に図示されているように、各支持ディ
スク５の回動にためにピン１１及び滑子１２が設けられ
ており、これらは調節ヨーク１３の溝に配置されてい
る。調節ヨーク１３は、ピストン１４とシリンダ１５と
から成っているサーボモータによって流体的に制御され
ている。ピストン１４は調節ロッド１６によって調節ヨ
ーク１３に結合されている。

【００２６】調節ロッド１６には、公知の形式で船舶内
方の接続部に接続されている種々の長手方向孔が配置さ
れている。高圧オイルは、孔１７を貫き高圧ホース１８
を経て翼フランジ４と支持ディスク５との間の圧力室に
導かれる。孔１９内の高圧オイルによってサーボモータ
１４の運動ひいては翼の運動が前進の方向に開始され
る。孔２０内の高圧オイルによってサーボモータ１４の
運動ひいては翼の運動がバックの方向に開始される。

【００２７】ピストン１４とシリンダ１５とから成るサ
ーボモータは、調節作業が静止したプロペラの場合にだ
け行われかつ調節力も小さいので、小さな寸法になって
いる。そして特に翼シール装置における摩擦の比率が重
要である。

【００２８】調節作業の終了後高圧導管１７は再び放圧
され、それによって歪ボルト６の伸びが相殺され、元の
摩擦結合が再度形成される。

【００２９】翼を調節するために、サーボモータ１４の
両終端位置から厳重に規定された２つのピッチ調節が行
われる。大きな回転範囲（４°から６°まで）の場合に
は、中間値がサーボモータへの供給容積量の制限によっ
て達成される。つまり極めて小さな吐出量を有するポン
プが使用されていて、両終端位置間の調節が例へば２０
乃至３０秒間続くように構成されている。度量衡検定と
して全サーボモータストロークに亘る調節のための所要
時間が確定される。その後中間位置は、ポンプ吐出時間
の制限ひいてはオイル量の制限によって充分な精度で調
節可能である。

【００３０】調節精度に関する要求が厳しい場合には、
可動プロペラの場合に種々の実施例で公知である調節指
示器を使用することができる。

【００３１】図１によれば、オイル導管を船舶の内方に
案内するための孔がプロペラ軸に設けられており、かつ
船舶内方から装置を操作する装置が設けられている。し
かし現状の潜水技術ではこのことを断念して、翼の調節
を潜水夫によって行っている。

【００３２】図２に図示のように、接続管路１７，１９
及び２０は、前方に向って船舶の内方に案内されている
のではなく、後方に向ってボス構造体の後方縁部に案内
されている。通常運転にあっては接続部がカバーによっ
て閉鎖されている。翼を調節するため潜水夫によって特
殊な継手が取り付けられ、かつ高圧ホースと、船舶の後
部甲板上に可動に設置されたポンプ装置とが結合せしめ
られる。その際所望の中間位置は、潜水夫によって翼皿
４の外周面上のマークによって達成され、かつボス本体
１の外周面上で調整される。勿論この装置は、船舶が乾
ドックに位置している場合でも、又はプロペラボスの中
心部が船の釣合の後に吃水線の上方に位置している場合
においても、使用可能である。

【００３３】図１にはアキシアルサーボモータが図示さ
れており、一方図２には、支持ディスク５を調節するた
めの回転クラウン２２を備えたラジアルサーボモータ２
１（図３に図示されている）が示されている。

【００３４】本発明は、通常の運転時に流体機械の別の
部材との確実かつ不動な結合がなされていて流れの影響
を受けている部分を、一時的に調節することが望まれて
いる場合には、例へばタービン又はポンプのような類似
の流れ機械にもこれを使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の調節プロペラであって、図１のａはプ
ロペラボスの縦断面図を、図１のｂは横断面図を夫々図
示している。

【図２】本発明の調節プロペラの別の実施例の図であ
て、図２のａは縦断面図を、図２のｂは横断面図を、図
２のｃはストッパの配置を夫々図示している。

【図３】本発明の調節プロペラの後方からみた部分切断
斜視図である。

【符号の説明】

１ プロペラボス ２ プロペラ軸 ３ プロペラ翼 ４ フランジ ５ 支持ディスク ６ 歪ボルト ７ 突起 ８ 嵌合ピン ９ ストッパ １０ シール装置 １１ ピン １２ 滑子 １３ 調節ヨーク １４ ピストン １５ シリンダ １６ 調節ロッド １７ 孔 １８ 高圧ホース １９，２０ 孔 ２１ ラジアルサーボモータ ２２ 回転クラウン

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体機械のロータの翼の角度位置を変更
   するための装置において、 翼（３）がボス本体（１）内でプレス結合によってロッ
   クされており、かつこのプレス結合が、翼（３）を調節
   する目的で高圧オイルの供給によって一時的に弛緩可能
   であることを特徴とする、流体機械のロータの翼の角度
   位置を変更するための装置。
2. 【請求項２】 プレス結合部が支持ディスク（５）と翼
   （３）のフランジ（４）との間に形成されていることを
   特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 プレス結合部がほぼ平らな平面によって
   形成されており、該平面の摩擦力が、流体機械の運転中
   翼の所望のロック作用を達成していることを特徴とす
   る、請求項１又は２記載の装置。
4. 【請求項４】 ロータのボス内に翼（３）のための調節
   機構が配置されていることを特徴とする、請求項１から
   ３までのいづれか１項記載の装置。
5. 【請求項５】 ロータ軸が回転する場合に調節機構の作
   動を可能にする手段が存在していないことを特徴とす
   る、請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 調節機構は、限定された角度範囲内で作
   業することを特徴とする、請求項１から３までのいづれ
   か１項記載の装置。
7. 【請求項７】 角度範囲が２°から６°までであること
   を特徴とする、請求項７記載の装置。
8. 【請求項８】 総ての翼（３）に共通に作用する調節機
   構が存在していることを特徴とする、請求項１から３ま
   でのいずれか１項記載の装置。
9. 【請求項９】 個々の翼（３）を個別に異なったように
   調節することを可能にしている調節機構が存在している
   ことを特徴とする、請求項１から３までのいづれか１項
   記載の装置。
10. 【請求項１０】 プレス結合部を弛緩せしめかつプロペ
    ラ翼を調節するための高圧オイルの接続結合装置が、ロ
    ータ軸内の孔（１７）を貫通してボス機構から外へ通じ
    ていることを特徴とする、請求項１から３までのいづれ
    か１項記載の装置。
11. 【請求項１１】 ロータが船舶用プロペラであることを
    特徴とする、請求項１から３までのいづれか１項記載の
    装置。
12. 【請求項１２】 接続結合装置がプロペラ軸（２）を貫
    通して船舶内部に案内されていることを特徴とする、請
    求項１０又は１１記載の装置。
13. 【請求項１３】 プレス結合部を弛緩せしめかつプロペ
    ラ翼を調節するための高圧オイルの接続結合装置が、ボ
    ス構造体の後方端部に案内されており、かつその位置に
    おいて継手及び高圧ホースによって、例へば船舶のデッ
    キ上のポンプ装置に接続可能であることを特徴とする、
    請求項１１記載の装置。
14. 【請求項１４】 プレス結合部がほぼ平らでかつ円形リ
    ング状の面によって形成されており、その外径は、翼の
    数で分割された外方のボス外周長さの５０％よりも大き
    いことを特徴とする、請求項１から３までのいづれか１
    項記載の装置。