JPS626892A - 水ジエツト発生装置 - 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 本発明は、水ジェット発生装置に関するものであり、更
に詳述するならば、水中翼船などに水ジェツト推進装置
として効果的に適用できる、無駆動軸式にインペラを駆
動する水ジェット発生装置に関するものである。

従来の技術 いわゆる水中翼船などのような水ジェット船に使用され
ている水ジェツト推進装置は、例えば、第４図に示すよ
うに、船後部の船底１０から船尾の端壁１２へ貫通して
延びる推進用水吸入吐出ダクト１４が設けられ、その水
吸入吐出ダクト１４の吸入口１４Ａは、船底１０に開口
している。従って、水吸入吐出ダクトは、船体内におい
て湾曲している。

その水吸入吐出ダク）１４の直線部分に同軸関係に整流
コーン１６が配置され、その整流コーン１６に回転イン
ペラ１Ｂと固定翼２０とが交互が取り付けられている。

そして、固定翼２０は、整流コーン１６を支持するよう
に、その一端が整流コーン１６に固定され他端が水吸入
吐出ダクト１４の内壁に固定されている。一方、回転イ
ンペラ１８は、整流コーン１６に回転自在に支持され、
且つ、水吸入吐出ダクト１４の壁を貫通して水吸入吐出
路１４に同軸関係に延びるインペラ駆動軸２２により回
転駆動させられる。

また、第５図に示すような別の水ジェツト推進装置は、
船底１０から船尾の端面壁１２へ貫通して延びる水吸入
吐出ダクト１４の吸入口１４Ｂは、船底ｌＯから垂下し
て、船の前方に向いて開口している。

そして、そのほかの構成については、第４図の水ジェツ
ト推進装置と同様な構成である。

以上のような従来の水ジェツト推進装置は、第４図及び
第５図に図示していないが、船体の内部に、具体的には
機関室内に設置された主機関（ディーゼルエンジンや電
気モータなど）にインペラ駆動軸２２が結合されている
。そして、そのインペラ駆動軸２２は、水吸入吐出ダク
ト壁を貫通する貫通管２４内に収容され、その貫通管に
は、添付図面には詳細に図示していないが、管軸受が配
置されてインペラ駆動軸２２を回転自在に支持している
。

更に、その貫通管２４の両端には、それぞれ、封水部が
設けられている。また、インペラ駆動軸２２は、機関室
内において中間軸に結合され、その中間軸が主機関の出
力軸に結合されている。

かくして、主機関が駆動されることにより、その出力軸
の回転が、中間軸を介してインペラ駆動軸２２に伝えら
れ、回転インペラ１８が回転され、水吸入吐出ダクト１
４の吸入口から水を吸入しその水を吐出口から吐出して
、その反作用により船を推進する。その際の貫通管２４
への水の侵入は、その両端の封水部によって阻止される
。

発明が解°しようとする問題点 しかし、以上のような構造の水ジェツト推進装置は、次
のような大きな問題がある。

第１の問題は、機械的に回転するインペラ駆動軸が水吸
入吐出ダクトの壁に設けた貫通管を貫通しなければなら
ないことである。水吸入吐出ダクト内のインペラと船体
内とを結合する管を設けることは、その構造を完全な封
水構造としなければならず、非常に面倒であり且つその
部分に多大な費用を要する。

第２の問題は、主機関とインペラ駆動軸との門に中間軸
を設けなければならないことである。この中間軸は、保
守点検の際、インペラ駆動軸を船体内に引き出す必要が
あるため、そのスペースを確保するものである。従って
、機関室を十分な大きさにしなければならず、船舶にと
って貴重な船内空間を相当に割り当てる必要があり、こ
のことは、船舶にとって大きな問題である。

第３の問題は、インペラ、インペラ駆動軸、中間軸及び
主機関を同一軸線上に配置しなければならず、その軸方
向長が長く、機関室配置上の制約となっている。

以上のような問題は、水ジェット発生装置を水船舶にジ
ェット推進装置として使用する場合だけでなく、軸流ポ
ンプなどとして使用する場合にも、程度の差はあっても
問題となっている。

そこで、本発明の第１の目的は、貫通管のように水吸入
吐出ダクト壁を貫通して封水構造が必要な管を必要とせ
ず、インペラの駆動から封水の問題を解消した水ジェッ
ト発生装置を提供することである。

また、本発明の第２の目的は、駆動源とインペラとの間
に介在する中間軸のような機械的動力伝達手段を必要と
せず、また、インペラと駆動源とを一直線に配置する必
要のない水ジェット発生装置を提供せんとするものであ
る。

問題点を解決するための手段 すなわち、本発明によるならば、水吸入吐出ダクトと、
該水吸入吐出ダクト内に配置されたインペラ羽根と、該
インペラ羽根の周囲に設けられたインペラリングと、該
インペラリングに設けられた三相誘導電動機の回転子と
、該回転子に協働するように前記水吸入吐出ダクト側に
設けられた三相誘導電動機の固定子とを具備することを
特徴とする水ジェット発生装置が提供される。

作用 以上のような本発明による水ジェット発生装置において
は、インペラ羽根の周囲に設けられたインペラリングと
、そのインペラリングに協働するように水吸入吐出ダク
ト側部分とが、三相誘導電動機の回転子と固定子とをそ
れぞれ構成しているので、水吸入吐出ダクト側部分の固
定子を電気的に付勢することにより、回転子が固定子に
対して相対移動する。すなわち、インペラリングが回転
し、その結果、インペラ羽根が回転して、水ジェツトを
発生する。

実施例 以下、添付図面を参照して本発明による水ジェット発生
装置を船舶の水ジェツト推進装置として実施した実施例
を説明する。

第１図は、船に適用された本発明による水ジェツト推進
装置の実施例の回転軸に沿った断面図であり、第２図は
、第１図の水ジェツト推進装置の線Ａ−Ａでの断面図で
ある。第１図に示すように、本発明による水ジェツト推
進装置は、推進用水吸入吐出ダクト３０を具備しており
、その水吸入吐出ダクト３０は、第１図及び第２図には
図示していないが、第４図に示す従来例と同様に船底か
ら船尾の端面壁へ貫通して延びて、水ジェツト推進装置
は没水構造となっている。そして、その水吸入吐出ダク
トの吸入口は、第５図に示す従来例と同様に船底から垂
下して、船首の方向に開口していてもよい。

そのような水吸入吐出ダクト３０の直線部分に、その水
吸入吐出ダクトと同軸関係に、整流コーン３２が配置さ
れ、その整流コーン３２は、固定翼３４により支持され
ている。そして、その各隣接する固定翼３４の間におい
て、インペラ３６が整流コーン３２に回転自在に取り付
けられている。そのインペラ３６は、第２図に示すよう
に、整流コーン３２に回転自在に支持された回転軸３８
のボス４０にほぼ等角度関係に配置された複数の（図示
の例では６枚の）インペラ羽根４２と、そのインペラ羽
根４２の周囲に設けられたインペラリング４４とから構
成されている。そして、そのインペラリング４４は、水
吸入吐出ダクト３０に形成された環状凹部４４Ａ内に収
容され、インペラリング４４の内面が水吸入吐出ダクト
３０の内面とほぼ共面になるようになされている。

第１図に示すように、回転軸３８は、水吸入吐出ダクト
３０の壁を貫通せず、整流コーン３２内に納められてお
り、その後部は、整流コーンに固定された回転軸受４６
に支持され、更に、回転軸３８の前方端部には、拡径部
４８が設けられ、その拡径部４８を挟むように推力兼回
転軸受５０と推力軸受５２が設けられている。インペラ
は、その回転に対して軸受４６及び５０で支持され、ま
た、その回転によって生じる推力に対しては軸受５２及
び５２で支持されている。

一方、インペラリング４４の外周面には、その全周にわ
たって三相誘導電動機の回転子導体（二次導体）５４及
び回転子鉄心（二次鉄心）５６が埋め込まれている。そ
して、水吸入吐出ダクト３０のインペラリング４４に対
設する部分すなわち上記した凹部４４Ａに、三相誘導電
動機の固定子５８が設置されている。その固定子５８は
、スロットが設けられた固定子鉄心（−次鉄心）６０及
びそのスロットに納められた固定子導体（−次導体）６
２とからなっており、そのスロットには、封止材料塊６
４が充填されて、固定子導体６２を封水している。そし
て、固定子５８は、第２図に示すように、インペラリン
グの周方向に、インペラリングの実質的な長さにわたっ
て広がり、上記した固定子鉄心及び固定子巻線は、イン
ペラリングの周方向に配列されている。

また、固定子５８の磁極面は、第１図及び第２図に示す
ように、インペラリング４４の外周面にできる限り近接
して位置し、磁気抵抗をできるだけ小さくすると共に磁
力線がインペラリング面に対してほぼ垂直に生じるよう
になされている。

更に、凹部４４Ａの開口縁には、凹部内部を可能な限り
封水して、三相誘導電動機の回転子及び固定子７０を保
護するように、封止部６６が設けられている。その封止
部は、インペラリングに接触してその回転に対する抵抗
とならないように且つ可能な限り封水効果を発するよう
に、インペラリング４４の側縁に非常に近接しており、
例えば、テフロンのような潤滑性で発水性の材料でつく
られる。

しかし、グリースのような材料を使用してもよい。

また、上記した水ジェツト推進装置は、第３図に示すよ
うな装置により駆動制御される。第３図において、参照
番号６８は、ディーゼルエンジンなどの原動機であり、
その出力軸には、三相交流発電機７０が結合されている
。その発電機７０の出力は、船内の一般負荷に供給され
ると共に、整流機７２により直流に変換されて、インバ
ータ７４に供給される。このインバータ７４は、船橋操
縦装置７６からの速度設定信号により制御され、その設
定速度に見合う周波数の三相電力を固定子５８に供給す
る。

かくして、固定子５８は、インペラリングの外周面の回
転子に対設している磁極面に移動磁界を発生する。その
移動磁界は、インペラダクトの回転子の二次鉄心５４を
透過して、その結果、二次導体に渦電流を生じさせ、そ
の電流と磁界との相互作用により回転力が発生する。従
って、インペラ羽根４２がその回転軸３８を中心にして
回転して、水ジェツトにより置推力を発生し、船を例え
ば前進させる。そして、その回転速度は、インバータ７
４が固定子５８に供給する三相電力の周波数を制御する
ことにより簡単に制御することができる。

かくして、水ジェツト推進装置は、インペラリングに設
けられたインペラ羽根乃至はその回転軸に、船体内の電
動機を機械的を結合する必要がなく、また、インペラリ
ングに対して何等電気的な結線をする必要なく、インペ
ラを水中で回転駆動することができる。

なお、水ジェツト推進装置を没水構造とした場合には、
インペラを反転駆動することにより、船を後退させるこ
ともできる。

更に、上記した実施例では、回転インペラが一対設けら
れ、それぞれの回転軸が独立している。

このように構成することにより、各インペラを交互に反
対方向に回転させることができる。また、上記実施例は
、回転インペラが２役構成になっているが、３段以上の
多段構成としても、反対に、１役構成にしてもよい。

以上、本発明の水ジェツト推進装置の実施例を説明した
が、本発明による水ジｊ−’／ト推進装置は、水中翼船
だけでなく、水ジェツト推進装置を使用可能な船舶に同
様に適用できる。特に、インペラ軸の封水を必要としな
いので、高深度潜水艇に使用した場合、その効果は極め
て大きい。

また、水吸入吐出ダクトの形状は任意であるが、上記し
た水ジェツト推進装置の構造と同様に水ジェット発生装
置を構成することにより、その水ジェット発生装置は、
汎用軸流ポンプ及び汎用軸流ファンなどにも適用するこ
とができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明による水ジェッ
ト発生装置は、従来の水ジェット発生装置では得れない
、次のような優れた効果を奏する。

■　インペラ駆動源が、インペラリングと水吸入吐出ダ
クトの固定子とで構成された三相誘導電動機であるので
、他に機械的な駆動源を必要とせず、且つ船舶の推進装
置として使用する場合は機関室を近くに設ける必要がな
い。従って、インペラ装置を機関室から離れたどのよう
な場所にも設けることができると共に、反対に機関室を
インペラ装置から離れたどのような場所にも設置するこ
とができる。

■　インペラと水吸入吐出ダクト外とを結合する必要が
ないので、水吸入吐出ダクトの貫通管のような封水構造
の管を設ける必要がないため、インペラ駆動軸まわりの
封水の問題から完全に開放される。

■　また、中間軸を必要としないので、それだけ駆動系
を小さくでき、船舶の推進装置として使用する場合は機
関室のスペースを小さくすることができる。

■　更に、中間軸がなく、且つ、インペラを直接三相誘
導電動機に構成して電気的に駆動しているので、機械的
動力伝達手段が必要なく、また、インペラ、インペラ軸
、中間軸及び駆動源を同一軸線上に配置しなければなら
ない問題はない。それ故、船舶の推進装置として使用す
る場合は、機関室内の諸設備の配置が゛自由であり、且
つ従来に比して狭いスペースで足りる。

■　インペラの周囲にインペラリングを設け、且つその
インペラリングを駆動するので、インペラの剛性が増大
する。

■　インペラの支持軸はトルク伝達の必要がないので、
その直径を小さくすることができる。

■　また、三相誘導電動機の駆動電力を周波数制御する
ことにより、インペラの回転数を自由にすなわち無制限
に選択することができる。

■　各インペラを独立した回転軸で支持することにより
、多段インペラを交互に反対方向に回転させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施した水ジェツト推進装置の回転
軸に沿った断面図、 第２図は、第１図の線Ａ−Ａでの断面図、第３図は、第
１図の水ジェツト推進装置の駆動制御装置の電気的な系
統図、 第４図及び第５図は、従来のインペラ装置の概略図であ
る。 〔主な参照番号〕 １０・・船底　　　　　１２・・船尾端壁１４・・水吸
入吐出ダクト １６・・整流コーン　　１８・・回転インペラ２０・・
固定翼　　　　２２・・インペラ駆動軸２４・・貫通管 ３０・・水吸入吐出ダクト ３２・・整流コーン　　３４・・固定翼３６・・回転イ
ンペラ　３８・・回転軸４２・・インペラ羽根 ４４・・インペラリング　４４Ａ・・凹部５４・・回転
子鉄心　　５６・・回転子導体５８・・固定子　　　　
６０・・固定子次鉄心６２・・固定子導体　　６８・・
原動機、７０・・交流発電機　　７２・・整流機、７４
・・インバータ　　７６・・船橋操縦装置特許出願人　
　住友重機械工業株式会社復代理人　　　弁理士　新居
　正彦 第４図 第５因

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水吸入吐出ダクトと、該水吸入吐出ダクト内に配
   置されたインペラ羽根と、該インペラ羽根の周囲に設け
   られたインペラリングと、該インペラリングに設けられ
   た三相誘導電動機の回転子と、該回転子に協働するよう
   に前記水吸入吐出ダクト側に設けられた三相誘導電動機
   の固定子とを具備することを特徴とする水ジェット発生
   装置。