ポンプおよび船舶
【課題】ポンプの効率低下を抑制するとともに、軸受およびポンプの寿命短縮を防止することができるポンプおよび船舶を提供する。
【解決手段】内部に流体が流れる流路を形成するシュラウド２と、回転軸線Ｌまわりに回転可能に支持される回転軸３と、回転壁部４１を有する回転ハブ６と、回転壁部４１から径方向外側に向かって延びる回転翼５と、表面に沿って流れる流体の流れ方向を転向させて静圧を高める高圧領域を形成する固定壁部６１を有する固定ハブ６と、回転軸３の端部を回転可能に支持する軸受６２と、高圧領域と軸受６２における下流側の端部との間を繋ぐ流入部６３と、高圧領域よりも静圧が低い領域と軸受における流体の流れにおける上流側の端部との間を繋ぐ流出部７と、流入部６３を流れる流体に含まれる異物を捕集するフィルタ６４と、が設けられていることを特徴とする。
【解決手段】内部に流体が流れる流路を形成するシュラウド２と、回転軸線Ｌまわりに回転可能に支持される回転軸３と、回転壁部４１を有する回転ハブ６と、回転壁部４１から径方向外側に向かって延びる回転翼５と、表面に沿って流れる流体の流れ方向を転向させて静圧を高める高圧領域を形成する固定壁部６１を有する固定ハブ６と、回転軸３の端部を回転可能に支持する軸受６２と、高圧領域と軸受６２における下流側の端部との間を繋ぐ流入部６３と、高圧領域よりも静圧が低い領域と軸受における流体の流れにおける上流側の端部との間を繋ぐ流出部７と、流入部６３を流れる流体に含まれる異物を捕集するフィルタ６４と、が設けられていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプおよび船舶、特に、船舶のウォータージェット推進装置に用いて好適なポンプ、および、そのポンプにより推進される船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウォータージェットポンプ等の水を送出するポンプには、グリースや潤滑剤を用いた軸受が用いられていた。しかしながら、グリースや潤滑剤を用いた軸受では、グリースや潤滑剤が外部に流出し、送出される水に混入するという問題があった。さらに、流出したグリースや潤滑剤を補充等するメンテナンスが定期的に必要になるという問題があった。
【０００３】
上述の問題を解決する方法として、例えば、送出される水の一部を潤滑剤として用いる水中軸受を用いたポンプなどが提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【特許文献１】特開平８−１３５６５３号公報
【特許文献２】特開平８−３２６６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の水中軸受を採用する場合には、以下に説明する問題があった。
まず、ウォータージェットポンプ等のポンプに水中軸受を採用した場合、軸受の潤滑剤としてポンプにより送出される水の一部が用いられる場合が多い。このように、送出される水の一部を軸受の潤滑剤として用いると、ポンプの効率が低下するという問題があった。
【０００５】
その一方で、送出される水には異物が混入している場合が多く、この異物が混入した水を潤滑剤として用いると、異物による軸受の磨耗が生じて軸受の寿命が短くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ポンプの効率低下を抑制するとともに、軸受およびポンプの寿命短縮を防止することができるポンプおよび船舶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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のポンプは、内部に流体が流れる流路を形成するシュラウドと、該シュラウドの内部に配置され、回転軸線まわりに回転可能に支持される回転軸と、該回転軸から前記回転軸線を中心とする径方向外側に向かって延びるとともに、前記流路を流れる流体の下流方向に向かって傾斜する回転壁部を有する回転ハブと、前記回転壁部から前記径方向外側に向かって延びる回転翼と、前記シュラウドに固定されるとともに、表面に沿って流れる前記流体の流れ方向を転向させて静圧を高める高圧領域を形成する固定壁部を有する固定ハブと、該固定ハブに配置され、前記回転軸の端部を回転可能に支持する軸受と、前記固定ハブに配置され、前記高圧領域と前記軸受における前記下流側の端部との間を繋ぐ流入部と、前記高圧領域よりも静圧が低い領域と前記軸受における前記流体の流れにおける上流側の端部との間を繋ぐ流出部と、前記流入部を流れる前記流体に含まれる異物を捕集するフィルタと、が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、固定壁部により形成された高圧領域の流体は、流入部から軸受に流入し、軸受の潤滑に用いられた後に、軸受から流出部を介して高圧領域よりも静圧が低い領域に流れ出る。
【０００９】
流入部は直接固定ハブに配置されているため、干渉を回避するため最低限の流路面積が必要になる固定ハブと回転ハブとの間に流入部を配置する場合と比較して、流入部の流路面積を自由に設定することができる。
【００１０】
その一方で、フィルタは固定ハブの内部に配置されているため、干渉を回避する隙間を設ける必要がある固定ハブと回転ハブとの間にフィルタを配置する場合と比較して、隙間を設ける必要がないことから、流体に含まれる異物を確実に捕集することができる。
【００１１】
上記発明においては、前記固定壁部は、前記下流方向に向かって前記回転軸線に接近する壁面であって、前記固定壁部に沿って流れる前記流体同士を前記回転軸線の近傍で衝突させる壁面であることが望ましい。
【００１２】
本発明によれば、固定壁部に沿って流れてきた流体は、回転軸線の近傍で互いに衝突し、回転軸線に沿う方向に流れの向きが転向される。その際に、流体の流れ、言い換えると動圧の一部が静圧となり、高圧領域が形成される。
【００１３】
上記発明においては、前記フィルタおよび前記流入部の少なくとも一方は、前記流入部を流れる前記流体の流量を調節することが望ましい。
【００１４】
本発明によれば、フィルタおよび流入部の一方に基づいて流入部を流れる流体の流量の調整を行うことや、両方に基づいて流量の調整を行うこともできる。
例えば、網目状に形成されたフィルタの網目の粗さを変更することにより、フィルタにおける圧損を調整して流量の調整を行うことや、流入部の流路面積を変更することにより、流入部における圧損を調整して流量の調整を行うことができる。さらに、フィルタにおける圧損および流入部における圧損を同時に調整することにより、フィルタにおける異物の捕集性能を確保しつつ、流量の調整を行うこともできる。
【００１５】
上記発明においては、前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記回転軸線に沿って前記下流方向に延びる流路であることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、流入部を軸受における下流側の端部から回転軸線に沿って下流方向に延びる流路として形成することで、径方向外側に向かって傾斜する流路として形成する場合と比較して、容易に流路を形成することができる。さらに、流入部にフィルタを容易に配置することができる。
【００１７】
上記発明においては、前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記高圧領域における最も静圧が高い部分に向かって延びる流路であることが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、流入部が高圧領域における最も静圧が高い部分に開口するため、その他の部分に流入部の開口を設ける場合と比較して、流入部の流体流入側の開口における流体の静圧と、流出部の流体流出側の開口における流体の静圧との圧力差が大きくなり、軸受を通過する流体の流量を増やすことができる。
【００１９】
上記発明においては、前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記下流方向に向かって前記径方向外側に傾斜する複数の流路であることが望ましい。
【００２０】
本発明によれば、流入部を下流方向に向かって径方向外側に傾斜する流路とすることで、複数の流路を容易に形成することができる。さらに、当該流路の数を調節することにより、流入部における圧損を調節し、流入部を通過する流体の流量を調節することができる。
当該流路の数の調整は、例えば、予め設けた流路の一部を塞ぐことによって行われてもよい。
【００２１】
上記発明においては、前記流出部は、前記回転ハブと前記固定ハブとの間に形成された隙間であり、前記固定ハブから径方向外側に向かって延びる案内羽根が設けられていることが望ましい。
【００２２】
本発明によれば、回転ハブと固定ハブとの間の隙間を流出部とすることにより、流出部を別途設けることなく確保することができる。つまり、回転ハブと固定ハブとの間は、相対移動する両ハブの干渉を防止されるために、隙間が必ず設けられる。この干渉を防止する隙間と、流出部とを兼用させることにより、流出部を別途設けることなく確保することができる。
【００２３】
その一方で、当該流出部から流出した流体の少なくとも一部は、固定壁面に沿って下流側に向かって流れて、再び流入部に流入して循環流れを形成する。例えば、回転翼の回転数が低下して、送出される流体流量が低下した場合であっても、当該循環流れによって、案内羽根の近傍における流量低下が抑制され、ポンプの運転が不安定になることが防止される。
【００２４】
上記発明においては、前記流出部の壁面を構成するとともに、前記流出部を流れる前記流体に前記回転軸線を中心とする周方向の流速成分を加える回転インペラ部が設けられていることが望ましい。
【００２５】
上記発明においては、前記固定ハブには、前記流出部の壁面を構成するとともに、前記流出部を流れる前記流体に前記回転軸線を中心とする周方向の流速成分を加える固定インペラ部が設けられていることが望ましい。
【００２６】
本発明によれば、流出部から流出する流体に周方向の流速成分が付加されるため、案内羽根に流入する流体における径方向の流速分布を均一化することができ、案内羽根の設計を容易にすることができる。
【００２７】
例えば、案内羽根の固定ハブ近傍における周方向の流速成分が、他の部分における周方向の流速成分よりも遅い場合には、流出部から流出する流体に、上記固定ハブ近傍における周方向の流速成分を増速させる周方向の流速成分を加えることにより、案内羽根に流入する流体における径方向の流速分布を均一化することができる。
【００２８】
逆に、案内羽根の固定ハブ近傍における周方向の流速成分が速い場合には、流出部から流出する流体に、上記固定ハブ近傍における周方向の流速成分を減速させる周方向の流速成分を加えることにより、案内羽根に流入する流体における径方向の流速分布を均一化することができる。
【００２９】
上記発明においては、前記流出部は、前記軸受における前記上流側の端部から、前記固定壁面における前記流れが剥離する領域に向かって延びる流路であることが望ましい。
【００３０】
本発明によれば、固定壁面における流体の流れが剥離する領域に、流出部を開口させることにより、静圧が局所的に低い部分に流出部の開口が設けられる。そのため、その他の部分に流出部の開口を設ける場合と比較して、流入部の流体流入側の開口における流体の静圧と、流出部の流体流出側の開口における流体の静圧との圧力差が大きくなり、軸受を通過する流体の流量を増やすことができる。
【００３１】
上記発明においては、前記流出部は、前記軸受における前記上流側の端部から、前記径方向外側に向かって前記下流側に傾斜する流路であることが望ましい。
【００３２】
本発明によれば、流出部を径方向外側に向かって、下流側に傾斜する流路とすることで、固定壁面における流体の流れが剥離する領域に流出部を開口させることができる。
【００３３】
上記発明においては、前記固定ハブから前記径方向外側に向かって延びるとともに、前記回転軸線に沿って延びる整流フィンが設けられていることが望ましい。
【００３４】
本発明によれば、例えば、周方向の流速成分を有する水等は、整流フィンの近傍を流れる際に、周方向の流速成分が減少することとなる。その結果、ポンプから流出する水等に含まれる周方向の流速成分が少なくなることから、ポンプの効率低下が防止される。
【００３５】
本発明の船舶は、船体の外部から水を導入するとともに、前記船体の後部に導くダクトと、該ダクトの内部の水を前記船体の後部に向かって送出する上記本発明のポンプと、が設けられていることを特徴とする。
【００３６】
本発明によれば、上記本発明のポンプを用いることにより、ポンプの効率低下を抑制するとともに、軸受およびポンプの寿命短縮を防止することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のポンプおよび船舶によれば、固定壁部により形成された高圧領域の流体は、流入部から軸受に流入し、軸受の潤滑に用いられた後に、軸受から流出部を介して高圧領域よりも静圧が低い領域に流れ出る。つまり、流入部は直接固定ハブに配置することができるため、干渉を回避するため最低限の流路面積が必要になる固定ハブと回転ハブとの間に流入部を配置する場合と比較して、流入部の流路面積を自由に設定することができ、ポンプの効率低下を抑制することができるという効果を奏する。
【００３８】
その一方で、フィルタを固定ハブの内部に配置できるため、干渉を回避する隙間を設ける必要がある固定ハブと回転ハブとの間にフィルタを配置する場合と比較して、隙間を設ける必要がないことから、流体に含まれる異物を確実に捕集することができ、軸受およびポンプの寿命短縮を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るウォータージェットポンプおよびウォータージェットポンプを備えた船舶ついて図１から図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
本実施形態では本願発明のポンプを、送出された水を船舶Ｓ１（図２参照。）の推進に用いるウォータージェットポンプ（ポンプ）１に適用して説明する。
ウォータージェットポンプ１は、図１に示すように、上流側（図１の右側）から水または海水（以下、「水等」と表記する。）を吸込み、下流側（図２の左側）に送出するポンプである。
【００４０】
図２は、図１のウォータージェットポンプが設けられる船舶の概略構成を説明する模式図である。
さらに、ウォータージェットポンプ１は、図２に示すように、船舶Ｓ１の船体Ｓ２に設けられたダクトＳ３の内部に配置され、ダクトＳ３における船首側（図２の右側）の開口から水等を吸込み、ダクトＳ３における船尾側（図２の左側）の開口から水を噴出させて、船舶Ｓ１に推進力を与えるものである。
【００４１】
ダクトＳ３は、図２に示すように、船体Ｓ２の内部を貫通するとともに、内部を水等が流れる筒状の部材である。ダクトＳ３における船首側の開口は船体Ｓ２の船底に設けられ、船尾側の開口は船体Ｓ２の船尾に設けられている。
【００４２】
ウォータージェットポンプ１には、図１に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ４と、回転翼５と、固定ハブ６と、流出部７と、案内羽根８と、が設けられている。
【００４３】
シュラウド２は、図１に示すように、ダクトＳ３の一部を構成する筒状の部材であり、その内部は水等が流れる流路とされている。さらに、シュラウド２は、案内羽根８を介して固定ハブ６を支持するものでもある。
シュラウド２の内部には、回転軸３や、回転ハブ４や、回転翼５や、固定ハブ６や、流出部７や、案内羽根８などが配置されている。特に、シュラウド２の内周面から径方向内側に向かって、言い換えると、回転軸３に向かって案内羽根８が延びて配置されている。
【００４４】
回転軸３は、図１に示すように、回転軸線Ｌまわりに回転可能に支持され、回転ハブ４や回転翼５に回転駆動力を伝達する略円柱状の部材である。回転軸３の一方の端部は、シュラウド２の外部へと延び船舶Ｓ１の原動機（図示せず）と接続されている。シュラウド２の内部に配置された回転軸３の他方の端部の近傍には回転ハブ４が配置されている。
【００４５】
回転ハブ４は、図１に示すように、回転翼５を支持する部材であって、回転翼５とともに回転軸３より回転駆動される部材である。
回転ハブ４には、シュラウド２内を流れる水等の上流側（図１の右側）から、下流側（図１の左側）に向かって、径方向外側へ、つまりシュラウド２側へ傾斜する回転壁面（回転壁部）４１が設けられている。言い換えると、回転壁面４１は、なだらかに傾斜角が変化する略円錐面状に形成された面である。
【００４６】
なお、本実施形態では、回転ハブ４は、回転壁面４１を構成する板状の部材を有し、回転ハブ４の内部に空間が形成されている例に適用して説明するが、回転ハブ４の内部に空間がなく、中実に形成されていてもよく、特に限定するものではない。
【００４７】
回転翼５は、図１に示すように、回転軸３を介して回転駆動されることにより、シュラウド２内の水等を上流側から下流側に向かって送出する翼である。複数の回転翼５は、回転ハブ４の回転壁面４１から径方向外側へ、つまりシュラウド２側へ延びるとともに、径方向に等間隔に配置されている。
なお、回転翼５の形状等は、公知の形状等を用いることができ、特に限定するものではない。
【００４８】
図３は、図１の固定ハブなどの構成を説明する模式図である。
固定ハブ６は、図１および図３に示すように、回転軸３を回転可能に支持する部材であり、回転ハブ４とは、回転軸線Ｌに沿う方向に間隔をあけて配置される部材である。
固定ハブ６には、固定壁面（固定壁部）６１と、軸受６２と、流入部６３と、フィルタ６４と、が設けられている。
【００４９】
固定壁面６１は、図１および図３に示すように、上流側（図３の右側）から下流側（図３の左側）に向かって径方向内側に、つまり回転軸線Ｌ側に傾斜する壁面である。言い換えると、回転軸線Ｌ上に頂点を有し、なだらかに傾斜角が変化する略円錐面状に形成された壁面である。
固定壁面６１には、径方向外側に向かって、つまりシュラウド２に向かって延びる案内羽根８が配置されている。言い換えると、固定壁面６１とシュラウド２との間に複数の案内羽根８が、径方向に等間隔に配置されている。
【００５０】
軸受６２は、図１および図３に示すように、固定ハブ６の内部であって、回転軸線Ｌ上に配置された部材である。具体的には、軸受６２は、固定ハブ６内に固定配置された略円筒状の部材であって、その内部に回転軸３の下流側の端部が回転可能に挿入されるものである。
【００５１】
軸受６２の下流側の端部には水等を供給する流入部６３が接続され、上流側の端部には水等を排出する流出部７が接続されている。
なお、軸受６２としては、水等を潤滑剤として用いる公知の軸受を用いることができ、特に限定するものではない。
【００５２】
流入部６３は、図１および図３に示すように、回転翼５により下流側に送出された水等の一部を軸受６２に導く流路である。
流入部６３は、固定ハブ６に設けられた回転軸線Ｌに沿って延びる流路であって、一方の端部が軸受６２に接続され、他方の端部が固定ハブ６の下流側端部に開口される流路である。
【００５３】
フィルタ６４は、図１および図３に示すように、流入部６３を通過する水等に含まれる異物を捕集して除去するものである。フィルタ６４は固定ハブ６の内部、例えば、流入部６３と軸受６２との間に配置されている。
フィルタ６４としては、水等に含まれる異物を捕集する公知のフィルタを用いることができ、特に限定するものではない。
【００５４】
ここで、流入部６３から軸受６２に流入する水等の流量は、流入部６３における流路断面積、および、フィルタ６４における網目の粗さの少なくとも一方に基づいて調節されている。言い換えると、流入部６３における圧損、および、フィルタ６４における圧損の少なくとも一方に基づいて調節されている。
【００５５】
例えば、網目状に形成されたフィルタ６４の網目の粗さを変更することにより、フィルタ６４における圧損を調整して流量の調整を行うことや、流入部６３の流路面積を変更することにより、流入部６３における圧損を調整して流量の調整を行うことができる。さらに、フィルタ６４における圧損および流入部６３における圧損を同時に調整することにより、フィルタ６４における異物の捕集性能を確保しつつ、流量の調整を行うこともできる。
【００５６】
流出部７は、図１および図３に示すように、軸受６２から流出した水等を、シュラウド２の内部の流路に戻す流路である。
流出部７は、回転ハブ４と固定ハブ６との間に形成された流路であって、回転軸３を中心とした略円板状に延びる流路である。言い換えると、流出部７は、回転ハブ４と固定ハブ６との間に形成された隙間である。
そのため、流出部７における水等が流出する開口部は、回転翼５と案内羽根８との間に開口している。言い換えると、回転ハブ４と固定ハブ６との間に開口している。
【００５７】
案内羽根８は、図１に示すように、回転翼５により送出された水等の流れに含まれる周方向の流速成分を取り除き整流する部材である。さらに、案内羽根８は、固定ハブ６をシュラウド２に対して固定する固定部材でもある。
案内羽根８は、固定ハブ６とシュラウド２との間に配置されるとともに、周方向に等間隔に配置される翼である。言い換えると、固定ハブ６の回転壁面４１から径方向外側へ、つまりシュラウド２側へ延び、シュラウド２に接続される翼である。
【００５８】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ１における水等の送出について説明する。
【００５９】
ウォータージェットポンプ１における回転軸３が、図１および図２に示すように、船舶Ｓ１の原動機（図示せず）により回転駆動されると、回転軸３から回転ハブ４を介して回転翼５が回転駆動される。
【００６０】
回転翼５は、回転駆動されることにより上流側のシュラウド２およびダクトＳ３の内部の水等、さらには、船体Ｓ２の外部の水等を吸込み、下流側に送り出す。
回転翼５により送り出された水等は、回転軸線Ｌに沿って下流方向に向かう流速が増速されるとともに、回転軸線Ｌを中心とする周方向の流速成分が付加される。
【００６１】
回転翼５により下流側に送り出された水等は、案内羽根８が設けられた領域に流入し、案内羽根８の間を下流に向かって流れる。水等は案内羽根８の間を流れる間に、水等の流速に含まれる周方向の流速成分が小さくなる。
【００６２】
その一方で、水等は、案内羽根８が設けられた領域を回転軸線Ｌに向かって流れ、案内羽根８が設けられた領域を通過した水等は、互いに衝突する。その後、水等は、さらに下流側に向かって流れて、ダクトＳ３における船尾側の開口から船体Ｓ２の外部へと噴出される。
【００６３】
ここで、本実施形態の特徴である軸受６２への水等の供給について説明する。
図４は、図１の固定ハブ周辺の水等の静圧分布を説明する等圧線図である。
固定ハブ６における下流側（図４の左側）の端部の近傍には、図４に示すように、高圧領域ＨＲが形成されている。この高圧領域ＨＲは、上述のように、案内羽根８が設けられた領域を通過した水等が互いに衝突し、水等の流速つまり動圧の一部が静圧に変換されることにより形成されている。
言い換えると、固定壁面６１に沿って流れてきた水等は、回転軸線Ｌの近傍で互いに衝突し、回転軸線Ｌに沿う方向に流れの向きが転向される。その際に、水等の流れの動圧の一部が静圧となり、高圧領域ＨＲが形成される。
【００６４】
高圧領域ＨＲが形成されることにより、流入部６３の下流側開口における水等の静圧も高くなり、流出部７のシュラウド２側の端部における水等の静圧よりも高くなる。
この静圧の差により、軸受６２の潤滑に用いられる水等は、図３に示すように、流入部６３から軸受６２に流入し、流入部６３を通過する際に、フィルタ６４により異物が取り除かれる。異物が取り除かれた水等は、軸受６２の潤滑に用いられた後に、軸受６２から流出部７に流入し、流出部７から回転翼５と案内羽根８との間に流出する。
【００６５】
上記の構成によれば、流入部６３は直接固定ハブ６に配置されているため、干渉を回避するため最低限の流路面積が必要になる固定ハブ６と回転ハブ４との間に流入部６３を配置する場合と比較して、流入部６３の流路面積を自由に設定することができる。
そのため、軸受６２の潤滑に最低限必要な流量の水等のみを、軸受６２に供給することができることから、本実施形態のウォータージェットポンプ１は、軸受６２の潤滑によるポンプの効率低下を抑制することができる。
【００６６】
その一方で、フィルタ６４は固定ハブ６の内部に配置されているため、干渉を回避する隙間を設ける必要がある固定ハブ６と回転ハブ４との間にフィルタ６４を配置する場合と比較して、隙間を設ける必要がないことから、水等に含まれる異物を確実に捕集することができる。そのため、本実施形態のウォータージェットポンプ１は、軸受６２およびウォータージェットポンプ１の寿命短縮を防止することができる。
【００６７】
流入部６３を軸受６２における下流側の端部から回転軸線Ｌに沿って下流方向に延びる流路として形成することで、径方向外側に向かって傾斜する流路として形成する場合と比較して、容易に流路を形成することができる。さらに、流入部６３にフィルタ６４を容易に配置することができる。
【００６８】
回転ハブ４と固定ハブ６との間の隙間を流出部７とすることにより、流出部７を別途設けることなく確保することができる。つまり、回転ハブ４と固定ハブ６との間は、相対移動する両ハブ４，６の干渉を防止されるために、隙間が必ず設けられる。この干渉を防止する隙間と、流出部７とを兼用させることにより、流出部７を別途設けることなく確保することができる。
【００６９】
その一方で、流出部７から流出した水等の少なくとも一部は、固定壁面６１に沿って下流側に向かって流れて、再び流入部６３に流入して循環流れを形成する。例えば、回転翼５の回転数が低下して、送出される水等の流量が低下した場合であっても、当該循環流れによって、案内羽根８の近傍における流量低下が抑制され、ウォータージェットポンプ１の運転が不安定になることを防止できる。
【００７０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。
本実施形態のウォータージェットポンプの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、流出部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５を用いて流出部近傍の構成のみを説明し、その他の実施形態等の説明を省略する。
図５は、本実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
本実施形態のウォータージェットポンプ１０１には、図５に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ４と、回転翼５と、固定ハブ１０６と、案内羽根８と、が設けられている。
【００７２】
固定ハブ１０６は、図５に示すように、回転軸３を回転可能に支持する部材であり、回転ハブ４とは、回転軸線Ｌに沿う方向に間隔をあけて配置される部材である。
固定ハブ１０６には、固定壁面６１と、軸受６２と、流入部６３と、フィルタ６４と、流出部１０７と、が設けられている。
【００７３】
流出部１０７は、図５に示すように、軸受６２から流出した水等を、シュラウド２の内部の流路に戻す流路である。
流出部１０７は、軸受６２における上流側（図５の右側）の端部から、径方向外側に向かって下流側（図５の左側）に傾斜する流路、言い換えると、軸受６２における上流側の端部から、固定壁面６１における流れが剥離する領域に向かって延び、固定壁面６１に開口する流路である。
【００７４】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ１０１の特徴である軸受６２への水等の供給について説明する。
ここで、固定壁面６１における流出部１０７の開口が形成されている領域は、上述のように、固定壁面６１における流れが剥離する領域であるため、当該開口の近傍領域は、他の領域よりも全圧が低い低エネルギ領域となっている。
【００７５】
そのため、軸受６２の潤滑に用いられる水等は、第１の実施形態よりも、流入部６３の下流側開口から、軸受６２を介して流出部７の開口に向かって流れやすくなる。
【００７６】
上記の構成によれば、固定壁面６１における水等の流れが剥離する領域に、流出部１０７を開口させることにより、静圧が局所的に低い部分に流出部１０７の開口が設けられる。そのため、第１の実施形態のように、その他の部分に流出部１０７の開口を設ける場合と比較して、流入部６３における水等の流入側の開口における水等の静圧と、流出部１０７の水等の流出側の開口における水等の静圧との圧力差が大きくなり、軸受６２を通過する水等の流量を増やすことができる。
【００７７】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図６および図７を参照して説明する。
本実施形態のウォータージェットポンプの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、流入部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６および図７を用いて流入部近傍の構成のみを説明し、その他の実施形態等の説明を省略する。
図６は、本実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
本実施形態のウォータージェットポンプ２０１には、図６に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ４と、回転翼５と、固定ハブ２０６と、流出部７と、案内羽根８と、が設けられている。
【００７９】
固定ハブ２０６は、図６に示すように、回転軸３を回転可能に支持する部材であり、回転ハブ４とは、回転軸線Ｌに沿う方向に間隔をあけて配置される部材である。
固定ハブ２０６には、固定壁面６１と、軸受６２と、流入部２６３と、フィルタ６４と、が設けられている。
【００８０】
図７は、図６の流入部の構成を説明する模式図である。
流入部２６３は、図６および図７に示すように、回転翼５により下流側に送出された水等の一部を軸受６２に導く複数の流路である。
流入部２６３は、軸受６２における下流側の端部から、下流方向に向かって径方向外側に傾斜する複数の流路であり、一部の流入部２６３を閉塞することにより、流入部２６３における圧損が調節されている。
【００８１】
流入部２６３を下流方向に向かって径方向外側に傾斜する流路とすることで、流入部２６３は、高圧領域ＨＲ（図４参照。）における最も静圧が高い部分に向かって延び、当該最も静圧が高い部分に開口している。
【００８２】
図７では、固定ハブ２０６および流入部２６３を下流側から見た状態が記載されており、閉塞された流入部２６３を黒色で塗りつぶして記載している。
本実施形態では、流入部２６３の半数が閉塞された例に適用して説明するが、閉塞する流入部２６３の数は、流入部２６３から軸受６２に流入する水等の流量に応じて変化するものであって、特に限定するものではない。
【００８３】
このようにすることで、流入部２６３を下流方向に向かって径方向外側に傾斜する流路とすることで、複数の流路を容易に形成することができる。さらに、当該流路の数を調節することにより、流入部２６３における圧損を調節し、流入部２６３を通過する水等の流量を調節することができる。
【００８４】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ２０１の特徴である軸受６２への水等の供給について説明する。
ここで、固定ハブ２０６における流入部２６３の開口が形成されている領域は、高圧領域ＨＲにおける最も静圧が高い部分であるため、第１の実施形態と比較して、流入部２６３の開口と、流出部７の開口との間の差圧が大きくなる。
【００８５】
そのため、軸受６２の潤滑に用いられる水等は、第１の実施形態よりも、流入部２６３の下流側開口から、軸受６２を介して流出部７の開口に向かって流れやすくなる。
【００８６】
上記の構成によれば、流入部２６３は高圧領域ＨＲにおける最も静圧が高い部分に開口するため、その他の部分に流入部２６３の開口を設ける場合と比較して、流入部２６３の水等の流入側の開口における水等の静圧と、流出部７の水等の流出側の開口における水等の静圧との圧力差が大きくなり、軸受６２を通過する水等の流量を増やすことができる。
【００８７】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について図８から図１０を参照して説明する。
本実施形態のウォータージェットポンプの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、流出部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８から図１０を用いて流出部近傍の構成のみを説明し、その他の実施形態等の説明を省略する。
図８は、本実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
本実施形態のウォータージェットポンプ３０１には、図９に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ４と、回転翼５と、固定ハブ３０６Ａと、流出部７と、案内羽根８と、が設けられている。
【００８９】
固定ハブ３０６Ａは、図９に示すように、回転軸３を回転可能に支持する部材であり、回転ハブ４とは、回転軸線Ｌに沿う方向に間隔をあけて配置される部材である。
固定ハブ３０６Ａには、固定壁面６１と、軸受６２と、流入部６３と、フィルタ６４と、固定インペラ部３６５Ａと、が設けられている。
【００９０】
固定インペラ部３６５Ａは、図９に示すように、固定ハブ３０６Ａにおける回転ハブ４と対向する面に配置され、軸受６２から流出部７に向かって流れる水等、言い換えると、流出部７に向かって流れる水等に径方向の流速成分を付与するものである。
【００９１】
図９は、図８の固定インペラ部の構成を説明する概略図である。
固定インペラ部３６５Ａには、図８および図９に示すように、径方向外側に向かって、周方向に湾曲した複数の羽根３６６Ａが、周方向に等間隔に設けられている。
ここで、図９における矢印は、回転翼５の回転方向である。
【００９２】
なお、本実施形態では、６つの羽根３６６Ａが周方向に等間隔に設けられ、かつ、羽根３６６Ａが回転翼５の回転方向と反対方向へ湾曲する例に適用して説明する。
【００９３】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ３０１の特徴である軸受６２への水等の供給について説明する。
なお、水等が流入部６３から軸受６２に流入し、軸受６２における潤滑に用いられるまでは、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００９４】
軸受６２から流出した水等は、図８に示すように、回転ハブ４と固定ハブ３０６Ａとの間の隙間に流入し、径方向外側に向かって流れる。このとき、図９に示すように、水等は、固定インペラ部３６５Ａの羽根３６６Ａにより、回転翼５の回転方向と反対方向の流速成分が与えられる。
その後、水等は流出部７からシュラウド２の内側に形成された流路に流出する。
【００９５】
図１０は、図８における案内羽根が設けられた領域における水等の流速分布を説明するグラフである。
図１０において、太線で示されたグラフＡ１は水等の回転軸線Ｌに沿う方向の流速成分であり、細線で示されたグラフＡ２は、流出部７から流出した水等が合流しない場合の周方向の流速成分であり、破線で示されたグラフＡ３は、流出部７から流出した水等が合流した場合の周方向の流速成分である。
【００９６】
水等の回転軸線Ｌに沿う方向の流速成分は、グラフＡ１に示すように、シュラウド２および固定ハブ３０６Ａ側の端部近傍で当該流速成分が遅く、シュラウド２および固定ハブ３０６Ａから離れるにしたがって当該流速成分が速くなる。シュラウド２および固定ハブ３０６Ａから所定距離だけ離れると当該流速成分は略一定となる。
【００９７】
その一方で、流出部７から流出した水等が合流しない場合、水等の周方向の流速成分は、グラフＡ２に示すように、固定ハブ３０６Ａ側の端部近傍で当該流速成分が遅く、固定ハブ３０６Ａから離れるにしたがって当該流速成分が速くなる。
固定ハブ３０６Ａから所定距離だけ離れると当該流速成分は、固定ハブ３０６Ａから離れるにしたがって徐々に遅くなる。これは、回転翼５によって水等に与えられた当該流速成分の影響である。
【００９８】
上述の状況の下に、流出部７から流出した水等が合流した場合、水等の周方向の流速成分は、グラフＡ３に示すように、シュラウド２および固定ハブ３０６Ａ側の端部近傍で当該流速成分が遅く、シュラウド２および固定ハブ３０６Ａから離れるにしたがって当該流速成分が速くなる。シュラウド２および固定ハブ３０６Ａから所定距離だけ離れると当該流速成分は略一定となる。
【００９９】
つまり、本実施形態のように、案内羽根８の固定ハブ３０６Ａ近傍における水等の周方向の流速成分が、他の部分における周方向の流速成分よりも速い場合には、流出部７から流出する水等に、固定ハブ３０６Ａ近傍における周方向の流速成分を減速させる周方向の流速成分を加えることにより、案内羽根８に流入する水等における径方向の流速分布を均一化することができる。
【０１００】
上記の構成によれば、流出部７から流出する水等に周方向の流速成分が付加されるため、案内羽根８に流入する水等における径方向の流速分布を均一化することができる。そのため、案内羽根８に対する水等の流入角度が、シュラウド２側から固定ハブ３０６Ａ側に至るまで略一定となることから、案内羽根８の設計を容易にすることができる。
【０１０１】
図１１は、図８における案内羽根が設けられた領域における水等の他の流速分布を説明するグラフである。図１２は、図８の固定インペラ部の他の構成を説明する概略図である。
なお、上述のように、案内羽根８の固定ハブ３０６Ａ近傍における水等の周方向の流速成分が、他の部分における周方向の流速成分よりも速い場合には、固定インペラ部３６５Ａの羽根３６６Ａにより、回転翼５の回転方向と反対方向の流速成分が与えてもよいし、図１１のグラフＡ４に示すように、案内羽根８の固定ハブ３０６Ａ近傍における水等の周方向の流速成分が、他の部分における周方向の流速成分よりも速い場合には、図１２に示すように、固定インペラ部３６５Ａの羽根３６６Ａにより、回転翼５の回転方向と同じ方向の流速成分が与えてもよく、特に限定するものではない。
【０１０２】
このようにすることで、流出部７から流出する水等に、固定ハブ３０６Ａ近傍における周方向の流速成分を増速させる周方向の流速成分を加えることができ、案内羽根８に流入する水等における径方向の流速分布を均一化することができる。
【０１０３】
〔第４の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第４の実施形態の変形例について図１３および図１４を参照して説明する。
本変形例のウォータージェットポンプの基本構成は、第４の実施形態と同様であるが、第４の実施形態とは、流出部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１３および図１４を用いて流出部近傍の構成のみを説明し、その他の実施形態等の説明を省略する。
図１３は、本変形例に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
なお、第４の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０４】
本実施形態のウォータージェットポンプ３０１には、図１３に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ３０４Ｂと、回転翼５と、固定ハブ６と、流出部７と、案内羽根８と、が設けられている。
【０１０５】
回転ハブ３０４Ｂは、図１に示すように、回転翼５を支持する部材であって、回転翼５とともに回転軸３より回転駆動される部材である。
回転ハブ３０４Ｂには、回転壁面４１と、回転インペラ部３６５Ｂと、が設けられている。
【０１０６】
回転インペラ部３６５Ｂは、図１３に示すように、固定ハブ３０６Ａにおける回転ハブ３０４Ｂと対向する面に配置され、軸受６２から流出部７に向かって流れる水等、言い換えると、流出部７に向かって流れる水等に径方向の流速成分を付与するものである。
【０１０７】
図１４は、図１３の回転インペラ部の構成を説明する概略図である。
回転インペラ部３６５Ｂには、図１３および図１４に示すように、径方向外側に向かって、周方向に湾曲した複数の羽根３６６Ｂが、周方向に等間隔に設けられている。
ここで、図１４における矢印は、回転翼５の回転方向である。
【０１０８】
なお、本実施形態では、６つの羽根３６６Ｂが周方向に等間隔に設けられ、かつ、羽根３６６Ｂが回転翼５の回転方向と反対方向へ湾曲する例に適用して説明する。
【０１０９】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ３０１の特徴である回転インペラ部３６５Ｂについて説明する。
なお、水等が流入部６３から軸受６２に流入し、軸受６２における潤滑に用いられるまでは、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【０１１０】
軸受６２から流出した水等は、図１３に示すように、回転ハブ３０４Ｂと固定ハブ６との間の隙間に流入し、径方向外側に向かって流れる。このとき、図１４に示すように、水等は、回転インペラ部３６５Ｂの羽根３６６Ｂにより、回転翼５の回転方向と反対方向の流速成分が与えられる。
その後、水等は流出部７からシュラウド２の内側に形成された流路に流出する。
【０１１１】
上記の構成によれば、固定された固定インペラ部３６５Ａを用いて流出部７から流出する水等に周方向の流速成分を付与する方法と比較して、回転駆動される回転インペラ部３６５Ｂを用いることから、流出部７から流出する水等に対して、より大きな周方向の流速成分を付与することができる。
【０１１２】
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態について図１５および図１６を参照して説明する。
本実施形態のウォータージェットポンプの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、固定ハブの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１５および図１６を用いて固定ハブ近傍の構成のみを説明し、その他の実施形態等の説明を省略する。
図１５は、本実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１１３】
本実施形態のウォータージェットポンプ４０１には、図１５に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ４と、回転翼５と、固定ハブ４０６と、流出部７と、案内羽根８と、が設けられている。
【０１１４】
固定ハブ４０６は、図９に示すように、回転軸３を回転可能に支持する部材であり、回転ハブ４とは、回転軸線Ｌに沿う方向に間隔をあけて配置される部材である。
固定ハブ４０６には、固定壁面６１と、軸受６２と、流入部６３と、フィルタ６４と、整流フィン４６７と、が設けられている。
【０１１５】
図１６は、図１５の整流フィンの構成を説明する概略図である。
整流フィン４６７は、図１５および図１６に示すように、固定ハブ４０６から下流に向かって流れる水等の流れに残る周方向の流速成分を除去するものである。
整流フィン４６７は、固定ハブ４０６における下流側端部の円錐状に形成されたコーン６１Ａから径方向外側に向かって延びるとともに、回転軸線Ｌに沿って延びる略平板状のリブである。
【０１１６】
本実施形態では、４つの整流フィン４６７が周方向に等間隔に配置された例に適用して説明するが、整流フィン４６７の数は、４つよりも多くても少なくてもよく、特に限定するものではない。
【０１１７】
コーン６１Ａは、固定ハブ４０６に対して着脱可能に構成された部材である。コーン６１Ａには、上述の流入部６３およびフィルタ６４が設けられている。
【０１１８】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ４０１の特徴である整流フィン４６７について説明する。
なお、水等による軸受６２の潤滑については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１９】
図１５に示すように、回転翼５の回転駆動により下流側に送出された水等には、周方向の流速成分が含まれている。水等に含まれている周方向の流速成分の一部は、回転翼５の下流側に配置された案内羽根８を通過する際に取り除かれる。
【０１２０】
案内羽根８を通過した水等は、その後、整流フィン４６７の近傍を通過する。整流フィン４６７の近傍を通過する際に、水等に残されている周方向の流速成分が取り除かれる。これにより、ウォータージェットポンプ４０１から送出される水等に含まれる周方向の流速成分は、第１の実施形態などと比較して、少なくすることができる。
【０１２１】
上記の構成によれば、整流フィン４６７の近傍を流れる際に、水等に含まれる周方向の流速成分が減少する結果、ウォータージェットポンプ４０１から流出する水等に含まれる周方向の流速成分が少なくなるため、ウォータージェットポンプ４０１の効率低下を防止することができる。
【０１２２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図２】図１のウォータージェットポンプが設けられる船舶の概略構成を説明する模式図である。
【図３】図１の固定ハブなどの構成を説明する模式図である。
【図４】図１の固定ハブ周辺の水等の静圧分布を説明する等圧線図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図７】図６の流入部の構成を説明する模式図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図９】図８の固定インペラ部の構成を説明する概略図である。
【図１０】図８における案内羽根が設けられた領域における水等の流速分布を説明するグラフである。
【図１１】図８における案内羽根が設けられた領域における水等の他の流速分布を説明するグラフである。
【図１２】図８の固定インペラ部の他の構成を説明する概略図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の変形例に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図１４】図１３の回転インペラ部の構成を説明する概略図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図１６】図１５の整流フィンの構成を説明する概略図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１，１０１，２０１，３０１，４０１ ウォータージェットポンプ（ポンプ）
２ シュラウド
３ 回転軸
４，３０４Ｂ 回転ハブ
５ 回転翼
６，１０６，２０６，３０６Ａ，４０６ 固定ハブ
７，１０７ 流出部
８ 案内羽根
４１ 回転壁面（回転壁部）
６１ 固定壁面（固定壁部）
６２ 軸受
６３，２６３ 流入部
６４ フィルタ
３６５Ａ 固定インペラ部
３６５Ｂ 回転インペラ部
４６７ 整流フィン
Ｓ１ 船舶
Ｓ２ 船体
Ｓ３ ダクト
Ｌ 回転軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプおよび船舶、特に、船舶のウォータージェット推進装置に用いて好適なポンプ、および、そのポンプにより推進される船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウォータージェットポンプ等の水を送出するポンプには、グリースや潤滑剤を用いた軸受が用いられていた。しかしながら、グリースや潤滑剤を用いた軸受では、グリースや潤滑剤が外部に流出し、送出される水に混入するという問題があった。さらに、流出したグリースや潤滑剤を補充等するメンテナンスが定期的に必要になるという問題があった。
【０００３】
上述の問題を解決する方法として、例えば、送出される水の一部を潤滑剤として用いる水中軸受を用いたポンプなどが提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【特許文献１】特開平８−１３５６５３号公報
【特許文献２】特開平８−３２６６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の水中軸受を採用する場合には、以下に説明する問題があった。
まず、ウォータージェットポンプ等のポンプに水中軸受を採用した場合、軸受の潤滑剤としてポンプにより送出される水の一部が用いられる場合が多い。このように、送出される水の一部を軸受の潤滑剤として用いると、ポンプの効率が低下するという問題があった。
【０００５】
その一方で、送出される水には異物が混入している場合が多く、この異物が混入した水を潤滑剤として用いると、異物による軸受の磨耗が生じて軸受の寿命が短くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ポンプの効率低下を抑制するとともに、軸受およびポンプの寿命短縮を防止することができるポンプおよび船舶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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のポンプは、内部に流体が流れる流路を形成するシュラウドと、該シュラウドの内部に配置され、回転軸線まわりに回転可能に支持される回転軸と、該回転軸から前記回転軸線を中心とする径方向外側に向かって延びるとともに、前記流路を流れる流体の下流方向に向かって傾斜する回転壁部を有する回転ハブと、前記回転壁部から前記径方向外側に向かって延びる回転翼と、前記シュラウドに固定されるとともに、表面に沿って流れる前記流体の流れ方向を転向させて静圧を高める高圧領域を形成する固定壁部を有する固定ハブと、該固定ハブに配置され、前記回転軸の端部を回転可能に支持する軸受と、前記固定ハブに配置され、前記高圧領域と前記軸受における前記下流側の端部との間を繋ぐ流入部と、前記高圧領域よりも静圧が低い領域と前記軸受における前記流体の流れにおける上流側の端部との間を繋ぐ流出部と、前記流入部を流れる前記流体に含まれる異物を捕集するフィルタと、が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、固定壁部により形成された高圧領域の流体は、流入部から軸受に流入し、軸受の潤滑に用いられた後に、軸受から流出部を介して高圧領域よりも静圧が低い領域に流れ出る。
【０００９】
流入部は直接固定ハブに配置されているため、干渉を回避するため最低限の流路面積が必要になる固定ハブと回転ハブとの間に流入部を配置する場合と比較して、流入部の流路面積を自由に設定することができる。
【００１０】
その一方で、フィルタは固定ハブの内部に配置されているため、干渉を回避する隙間を設ける必要がある固定ハブと回転ハブとの間にフィルタを配置する場合と比較して、隙間を設ける必要がないことから、流体に含まれる異物を確実に捕集することができる。
【００１１】
上記発明においては、前記固定壁部は、前記下流方向に向かって前記回転軸線に接近する壁面であって、前記固定壁部に沿って流れる前記流体同士を前記回転軸線の近傍で衝突させる壁面であることが望ましい。
【００１２】
本発明によれば、固定壁部に沿って流れてきた流体は、回転軸線の近傍で互いに衝突し、回転軸線に沿う方向に流れの向きが転向される。その際に、流体の流れ、言い換えると動圧の一部が静圧となり、高圧領域が形成される。
【００１３】
上記発明においては、前記フィルタおよび前記流入部の少なくとも一方は、前記流入部を流れる前記流体の流量を調節することが望ましい。
【００１４】
本発明によれば、フィルタおよび流入部の一方に基づいて流入部を流れる流体の流量の調整を行うことや、両方に基づいて流量の調整を行うこともできる。
例えば、網目状に形成されたフィルタの網目の粗さを変更することにより、フィルタにおける圧損を調整して流量の調整を行うことや、流入部の流路面積を変更することにより、流入部における圧損を調整して流量の調整を行うことができる。さらに、フィルタにおける圧損および流入部における圧損を同時に調整することにより、フィルタにおける異物の捕集性能を確保しつつ、流量の調整を行うこともできる。
【００１５】
上記発明においては、前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記回転軸線に沿って前記下流方向に延びる流路であることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、流入部を軸受における下流側の端部から回転軸線に沿って下流方向に延びる流路として形成することで、径方向外側に向かって傾斜する流路として形成する場合と比較して、容易に流路を形成することができる。さらに、流入部にフィルタを容易に配置することができる。
【００１７】
上記発明においては、前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記高圧領域における最も静圧が高い部分に向かって延びる流路であることが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、流入部が高圧領域における最も静圧が高い部分に開口するため、その他の部分に流入部の開口を設ける場合と比較して、流入部の流体流入側の開口における流体の静圧と、流出部の流体流出側の開口における流体の静圧との圧力差が大きくなり、軸受を通過する流体の流量を増やすことができる。
【００１９】
上記発明においては、前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記下流方向に向かって前記径方向外側に傾斜する複数の流路であることが望ましい。
【００２０】
本発明によれば、流入部を下流方向に向かって径方向外側に傾斜する流路とすることで、複数の流路を容易に形成することができる。さらに、当該流路の数を調節することにより、流入部における圧損を調節し、流入部を通過する流体の流量を調節することができる。
当該流路の数の調整は、例えば、予め設けた流路の一部を塞ぐことによって行われてもよい。
【００２１】
上記発明においては、前記流出部は、前記回転ハブと前記固定ハブとの間に形成された隙間であり、前記固定ハブから径方向外側に向かって延びる案内羽根が設けられていることが望ましい。
【００２２】
本発明によれば、回転ハブと固定ハブとの間の隙間を流出部とすることにより、流出部を別途設けることなく確保することができる。つまり、回転ハブと固定ハブとの間は、相対移動する両ハブの干渉を防止されるために、隙間が必ず設けられる。この干渉を防止する隙間と、流出部とを兼用させることにより、流出部を別途設けることなく確保することができる。
【００２３】
その一方で、当該流出部から流出した流体の少なくとも一部は、固定壁面に沿って下流側に向かって流れて、再び流入部に流入して循環流れを形成する。例えば、回転翼の回転数が低下して、送出される流体流量が低下した場合であっても、当該循環流れによって、案内羽根の近傍における流量低下が抑制され、ポンプの運転が不安定になることが防止される。
【００２４】
上記発明においては、前記流出部の壁面を構成するとともに、前記流出部を流れる前記流体に前記回転軸線を中心とする周方向の流速成分を加える回転インペラ部が設けられていることが望ましい。
【００２５】
上記発明においては、前記固定ハブには、前記流出部の壁面を構成するとともに、前記流出部を流れる前記流体に前記回転軸線を中心とする周方向の流速成分を加える固定インペラ部が設けられていることが望ましい。
【００２６】
本発明によれば、流出部から流出する流体に周方向の流速成分が付加されるため、案内羽根に流入する流体における径方向の流速分布を均一化することができ、案内羽根の設計を容易にすることができる。
【００２７】
例えば、案内羽根の固定ハブ近傍における周方向の流速成分が、他の部分における周方向の流速成分よりも遅い場合には、流出部から流出する流体に、上記固定ハブ近傍における周方向の流速成分を増速させる周方向の流速成分を加えることにより、案内羽根に流入する流体における径方向の流速分布を均一化することができる。
【００２８】
逆に、案内羽根の固定ハブ近傍における周方向の流速成分が速い場合には、流出部から流出する流体に、上記固定ハブ近傍における周方向の流速成分を減速させる周方向の流速成分を加えることにより、案内羽根に流入する流体における径方向の流速分布を均一化することができる。
【００２９】
上記発明においては、前記流出部は、前記軸受における前記上流側の端部から、前記固定壁面における前記流れが剥離する領域に向かって延びる流路であることが望ましい。
【００３０】
本発明によれば、固定壁面における流体の流れが剥離する領域に、流出部を開口させることにより、静圧が局所的に低い部分に流出部の開口が設けられる。そのため、その他の部分に流出部の開口を設ける場合と比較して、流入部の流体流入側の開口における流体の静圧と、流出部の流体流出側の開口における流体の静圧との圧力差が大きくなり、軸受を通過する流体の流量を増やすことができる。
【００３１】
上記発明においては、前記流出部は、前記軸受における前記上流側の端部から、前記径方向外側に向かって前記下流側に傾斜する流路であることが望ましい。
【００３２】
本発明によれば、流出部を径方向外側に向かって、下流側に傾斜する流路とすることで、固定壁面における流体の流れが剥離する領域に流出部を開口させることができる。
【００３３】
上記発明においては、前記固定ハブから前記径方向外側に向かって延びるとともに、前記回転軸線に沿って延びる整流フィンが設けられていることが望ましい。
【００３４】
本発明によれば、例えば、周方向の流速成分を有する水等は、整流フィンの近傍を流れる際に、周方向の流速成分が減少することとなる。その結果、ポンプから流出する水等に含まれる周方向の流速成分が少なくなることから、ポンプの効率低下が防止される。
【００３５】
本発明の船舶は、船体の外部から水を導入するとともに、前記船体の後部に導くダクトと、該ダクトの内部の水を前記船体の後部に向かって送出する上記本発明のポンプと、が設けられていることを特徴とする。
【００３６】
本発明によれば、上記本発明のポンプを用いることにより、ポンプの効率低下を抑制するとともに、軸受およびポンプの寿命短縮を防止することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のポンプおよび船舶によれば、固定壁部により形成された高圧領域の流体は、流入部から軸受に流入し、軸受の潤滑に用いられた後に、軸受から流出部を介して高圧領域よりも静圧が低い領域に流れ出る。つまり、流入部は直接固定ハブに配置することができるため、干渉を回避するため最低限の流路面積が必要になる固定ハブと回転ハブとの間に流入部を配置する場合と比較して、流入部の流路面積を自由に設定することができ、ポンプの効率低下を抑制することができるという効果を奏する。
【００３８】
その一方で、フィルタを固定ハブの内部に配置できるため、干渉を回避する隙間を設ける必要がある固定ハブと回転ハブとの間にフィルタを配置する場合と比較して、隙間を設ける必要がないことから、流体に含まれる異物を確実に捕集することができ、軸受およびポンプの寿命短縮を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るウォータージェットポンプおよびウォータージェットポンプを備えた船舶ついて図１から図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
本実施形態では本願発明のポンプを、送出された水を船舶Ｓ１（図２参照。）の推進に用いるウォータージェットポンプ（ポンプ）１に適用して説明する。
ウォータージェットポンプ１は、図１に示すように、上流側（図１の右側）から水または海水（以下、「水等」と表記する。）を吸込み、下流側（図２の左側）に送出するポンプである。
【００４０】
図２は、図１のウォータージェットポンプが設けられる船舶の概略構成を説明する模式図である。
さらに、ウォータージェットポンプ１は、図２に示すように、船舶Ｓ１の船体Ｓ２に設けられたダクトＳ３の内部に配置され、ダクトＳ３における船首側（図２の右側）の開口から水等を吸込み、ダクトＳ３における船尾側（図２の左側）の開口から水を噴出させて、船舶Ｓ１に推進力を与えるものである。
【００４１】
ダクトＳ３は、図２に示すように、船体Ｓ２の内部を貫通するとともに、内部を水等が流れる筒状の部材である。ダクトＳ３における船首側の開口は船体Ｓ２の船底に設けられ、船尾側の開口は船体Ｓ２の船尾に設けられている。
【００４２】
ウォータージェットポンプ１には、図１に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ４と、回転翼５と、固定ハブ６と、流出部７と、案内羽根８と、が設けられている。
【００４３】
シュラウド２は、図１に示すように、ダクトＳ３の一部を構成する筒状の部材であり、その内部は水等が流れる流路とされている。さらに、シュラウド２は、案内羽根８を介して固定ハブ６を支持するものでもある。
シュラウド２の内部には、回転軸３や、回転ハブ４や、回転翼５や、固定ハブ６や、流出部７や、案内羽根８などが配置されている。特に、シュラウド２の内周面から径方向内側に向かって、言い換えると、回転軸３に向かって案内羽根８が延びて配置されている。
【００４４】
回転軸３は、図１に示すように、回転軸線Ｌまわりに回転可能に支持され、回転ハブ４や回転翼５に回転駆動力を伝達する略円柱状の部材である。回転軸３の一方の端部は、シュラウド２の外部へと延び船舶Ｓ１の原動機（図示せず）と接続されている。シュラウド２の内部に配置された回転軸３の他方の端部の近傍には回転ハブ４が配置されている。
【００４５】
回転ハブ４は、図１に示すように、回転翼５を支持する部材であって、回転翼５とともに回転軸３より回転駆動される部材である。
回転ハブ４には、シュラウド２内を流れる水等の上流側（図１の右側）から、下流側（図１の左側）に向かって、径方向外側へ、つまりシュラウド２側へ傾斜する回転壁面（回転壁部）４１が設けられている。言い換えると、回転壁面４１は、なだらかに傾斜角が変化する略円錐面状に形成された面である。
【００４６】
なお、本実施形態では、回転ハブ４は、回転壁面４１を構成する板状の部材を有し、回転ハブ４の内部に空間が形成されている例に適用して説明するが、回転ハブ４の内部に空間がなく、中実に形成されていてもよく、特に限定するものではない。
【００４７】
回転翼５は、図１に示すように、回転軸３を介して回転駆動されることにより、シュラウド２内の水等を上流側から下流側に向かって送出する翼である。複数の回転翼５は、回転ハブ４の回転壁面４１から径方向外側へ、つまりシュラウド２側へ延びるとともに、径方向に等間隔に配置されている。
なお、回転翼５の形状等は、公知の形状等を用いることができ、特に限定するものではない。
【００４８】
図３は、図１の固定ハブなどの構成を説明する模式図である。
固定ハブ６は、図１および図３に示すように、回転軸３を回転可能に支持する部材であり、回転ハブ４とは、回転軸線Ｌに沿う方向に間隔をあけて配置される部材である。
固定ハブ６には、固定壁面（固定壁部）６１と、軸受６２と、流入部６３と、フィルタ６４と、が設けられている。
【００４９】
固定壁面６１は、図１および図３に示すように、上流側（図３の右側）から下流側（図３の左側）に向かって径方向内側に、つまり回転軸線Ｌ側に傾斜する壁面である。言い換えると、回転軸線Ｌ上に頂点を有し、なだらかに傾斜角が変化する略円錐面状に形成された壁面である。
固定壁面６１には、径方向外側に向かって、つまりシュラウド２に向かって延びる案内羽根８が配置されている。言い換えると、固定壁面６１とシュラウド２との間に複数の案内羽根８が、径方向に等間隔に配置されている。
【００５０】
軸受６２は、図１および図３に示すように、固定ハブ６の内部であって、回転軸線Ｌ上に配置された部材である。具体的には、軸受６２は、固定ハブ６内に固定配置された略円筒状の部材であって、その内部に回転軸３の下流側の端部が回転可能に挿入されるものである。
【００５１】
軸受６２の下流側の端部には水等を供給する流入部６３が接続され、上流側の端部には水等を排出する流出部７が接続されている。
なお、軸受６２としては、水等を潤滑剤として用いる公知の軸受を用いることができ、特に限定するものではない。
【００５２】
流入部６３は、図１および図３に示すように、回転翼５により下流側に送出された水等の一部を軸受６２に導く流路である。
流入部６３は、固定ハブ６に設けられた回転軸線Ｌに沿って延びる流路であって、一方の端部が軸受６２に接続され、他方の端部が固定ハブ６の下流側端部に開口される流路である。
【００５３】
フィルタ６４は、図１および図３に示すように、流入部６３を通過する水等に含まれる異物を捕集して除去するものである。フィルタ６４は固定ハブ６の内部、例えば、流入部６３と軸受６２との間に配置されている。
フィルタ６４としては、水等に含まれる異物を捕集する公知のフィルタを用いることができ、特に限定するものではない。
【００５４】
ここで、流入部６３から軸受６２に流入する水等の流量は、流入部６３における流路断面積、および、フィルタ６４における網目の粗さの少なくとも一方に基づいて調節されている。言い換えると、流入部６３における圧損、および、フィルタ６４における圧損の少なくとも一方に基づいて調節されている。
【００５５】
例えば、網目状に形成されたフィルタ６４の網目の粗さを変更することにより、フィルタ６４における圧損を調整して流量の調整を行うことや、流入部６３の流路面積を変更することにより、流入部６３における圧損を調整して流量の調整を行うことができる。さらに、フィルタ６４における圧損および流入部６３における圧損を同時に調整することにより、フィルタ６４における異物の捕集性能を確保しつつ、流量の調整を行うこともできる。
【００５６】
流出部７は、図１および図３に示すように、軸受６２から流出した水等を、シュラウド２の内部の流路に戻す流路である。
流出部７は、回転ハブ４と固定ハブ６との間に形成された流路であって、回転軸３を中心とした略円板状に延びる流路である。言い換えると、流出部７は、回転ハブ４と固定ハブ６との間に形成された隙間である。
そのため、流出部７における水等が流出する開口部は、回転翼５と案内羽根８との間に開口している。言い換えると、回転ハブ４と固定ハブ６との間に開口している。
【００５７】
案内羽根８は、図１に示すように、回転翼５により送出された水等の流れに含まれる周方向の流速成分を取り除き整流する部材である。さらに、案内羽根８は、固定ハブ６をシュラウド２に対して固定する固定部材でもある。
案内羽根８は、固定ハブ６とシュラウド２との間に配置されるとともに、周方向に等間隔に配置される翼である。言い換えると、固定ハブ６の回転壁面４１から径方向外側へ、つまりシュラウド２側へ延び、シュラウド２に接続される翼である。
【００５８】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ１における水等の送出について説明する。
【００５９】
ウォータージェットポンプ１における回転軸３が、図１および図２に示すように、船舶Ｓ１の原動機（図示せず）により回転駆動されると、回転軸３から回転ハブ４を介して回転翼５が回転駆動される。
【００６０】
回転翼５は、回転駆動されることにより上流側のシュラウド２およびダクトＳ３の内部の水等、さらには、船体Ｓ２の外部の水等を吸込み、下流側に送り出す。
回転翼５により送り出された水等は、回転軸線Ｌに沿って下流方向に向かう流速が増速されるとともに、回転軸線Ｌを中心とする周方向の流速成分が付加される。
【００６１】
回転翼５により下流側に送り出された水等は、案内羽根８が設けられた領域に流入し、案内羽根８の間を下流に向かって流れる。水等は案内羽根８の間を流れる間に、水等の流速に含まれる周方向の流速成分が小さくなる。
【００６２】
その一方で、水等は、案内羽根８が設けられた領域を回転軸線Ｌに向かって流れ、案内羽根８が設けられた領域を通過した水等は、互いに衝突する。その後、水等は、さらに下流側に向かって流れて、ダクトＳ３における船尾側の開口から船体Ｓ２の外部へと噴出される。
【００６３】
ここで、本実施形態の特徴である軸受６２への水等の供給について説明する。
図４は、図１の固定ハブ周辺の水等の静圧分布を説明する等圧線図である。
固定ハブ６における下流側（図４の左側）の端部の近傍には、図４に示すように、高圧領域ＨＲが形成されている。この高圧領域ＨＲは、上述のように、案内羽根８が設けられた領域を通過した水等が互いに衝突し、水等の流速つまり動圧の一部が静圧に変換されることにより形成されている。
言い換えると、固定壁面６１に沿って流れてきた水等は、回転軸線Ｌの近傍で互いに衝突し、回転軸線Ｌに沿う方向に流れの向きが転向される。その際に、水等の流れの動圧の一部が静圧となり、高圧領域ＨＲが形成される。
【００６４】
高圧領域ＨＲが形成されることにより、流入部６３の下流側開口における水等の静圧も高くなり、流出部７のシュラウド２側の端部における水等の静圧よりも高くなる。
この静圧の差により、軸受６２の潤滑に用いられる水等は、図３に示すように、流入部６３から軸受６２に流入し、流入部６３を通過する際に、フィルタ６４により異物が取り除かれる。異物が取り除かれた水等は、軸受６２の潤滑に用いられた後に、軸受６２から流出部７に流入し、流出部７から回転翼５と案内羽根８との間に流出する。
【００６５】
上記の構成によれば、流入部６３は直接固定ハブ６に配置されているため、干渉を回避するため最低限の流路面積が必要になる固定ハブ６と回転ハブ４との間に流入部６３を配置する場合と比較して、流入部６３の流路面積を自由に設定することができる。
そのため、軸受６２の潤滑に最低限必要な流量の水等のみを、軸受６２に供給することができることから、本実施形態のウォータージェットポンプ１は、軸受６２の潤滑によるポンプの効率低下を抑制することができる。
【００６６】
その一方で、フィルタ６４は固定ハブ６の内部に配置されているため、干渉を回避する隙間を設ける必要がある固定ハブ６と回転ハブ４との間にフィルタ６４を配置する場合と比較して、隙間を設ける必要がないことから、水等に含まれる異物を確実に捕集することができる。そのため、本実施形態のウォータージェットポンプ１は、軸受６２およびウォータージェットポンプ１の寿命短縮を防止することができる。
【００６７】
流入部６３を軸受６２における下流側の端部から回転軸線Ｌに沿って下流方向に延びる流路として形成することで、径方向外側に向かって傾斜する流路として形成する場合と比較して、容易に流路を形成することができる。さらに、流入部６３にフィルタ６４を容易に配置することができる。
【００６８】
回転ハブ４と固定ハブ６との間の隙間を流出部７とすることにより、流出部７を別途設けることなく確保することができる。つまり、回転ハブ４と固定ハブ６との間は、相対移動する両ハブ４，６の干渉を防止されるために、隙間が必ず設けられる。この干渉を防止する隙間と、流出部７とを兼用させることにより、流出部７を別途設けることなく確保することができる。
【００６９】
その一方で、流出部７から流出した水等の少なくとも一部は、固定壁面６１に沿って下流側に向かって流れて、再び流入部６３に流入して循環流れを形成する。例えば、回転翼５の回転数が低下して、送出される水等の流量が低下した場合であっても、当該循環流れによって、案内羽根８の近傍における流量低下が抑制され、ウォータージェットポンプ１の運転が不安定になることを防止できる。
【００７０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。
本実施形態のウォータージェットポンプの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、流出部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５を用いて流出部近傍の構成のみを説明し、その他の実施形態等の説明を省略する。
図５は、本実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
本実施形態のウォータージェットポンプ１０１には、図５に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ４と、回転翼５と、固定ハブ１０６と、案内羽根８と、が設けられている。
【００７２】
固定ハブ１０６は、図５に示すように、回転軸３を回転可能に支持する部材であり、回転ハブ４とは、回転軸線Ｌに沿う方向に間隔をあけて配置される部材である。
固定ハブ１０６には、固定壁面６１と、軸受６２と、流入部６３と、フィルタ６４と、流出部１０７と、が設けられている。
【００７３】
流出部１０７は、図５に示すように、軸受６２から流出した水等を、シュラウド２の内部の流路に戻す流路である。
流出部１０７は、軸受６２における上流側（図５の右側）の端部から、径方向外側に向かって下流側（図５の左側）に傾斜する流路、言い換えると、軸受６２における上流側の端部から、固定壁面６１における流れが剥離する領域に向かって延び、固定壁面６１に開口する流路である。
【００７４】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ１０１の特徴である軸受６２への水等の供給について説明する。
ここで、固定壁面６１における流出部１０７の開口が形成されている領域は、上述のように、固定壁面６１における流れが剥離する領域であるため、当該開口の近傍領域は、他の領域よりも全圧が低い低エネルギ領域となっている。
【００７５】
そのため、軸受６２の潤滑に用いられる水等は、第１の実施形態よりも、流入部６３の下流側開口から、軸受６２を介して流出部７の開口に向かって流れやすくなる。
【００７６】
上記の構成によれば、固定壁面６１における水等の流れが剥離する領域に、流出部１０７を開口させることにより、静圧が局所的に低い部分に流出部１０７の開口が設けられる。そのため、第１の実施形態のように、その他の部分に流出部１０７の開口を設ける場合と比較して、流入部６３における水等の流入側の開口における水等の静圧と、流出部１０７の水等の流出側の開口における水等の静圧との圧力差が大きくなり、軸受６２を通過する水等の流量を増やすことができる。
【００７７】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図６および図７を参照して説明する。
本実施形態のウォータージェットポンプの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、流入部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６および図７を用いて流入部近傍の構成のみを説明し、その他の実施形態等の説明を省略する。
図６は、本実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７８】
本実施形態のウォータージェットポンプ２０１には、図６に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ４と、回転翼５と、固定ハブ２０６と、流出部７と、案内羽根８と、が設けられている。
【００７９】
固定ハブ２０６は、図６に示すように、回転軸３を回転可能に支持する部材であり、回転ハブ４とは、回転軸線Ｌに沿う方向に間隔をあけて配置される部材である。
固定ハブ２０６には、固定壁面６１と、軸受６２と、流入部２６３と、フィルタ６４と、が設けられている。
【００８０】
図７は、図６の流入部の構成を説明する模式図である。
流入部２６３は、図６および図７に示すように、回転翼５により下流側に送出された水等の一部を軸受６２に導く複数の流路である。
流入部２６３は、軸受６２における下流側の端部から、下流方向に向かって径方向外側に傾斜する複数の流路であり、一部の流入部２６３を閉塞することにより、流入部２６３における圧損が調節されている。
【００８１】
流入部２６３を下流方向に向かって径方向外側に傾斜する流路とすることで、流入部２６３は、高圧領域ＨＲ（図４参照。）における最も静圧が高い部分に向かって延び、当該最も静圧が高い部分に開口している。
【００８２】
図７では、固定ハブ２０６および流入部２６３を下流側から見た状態が記載されており、閉塞された流入部２６３を黒色で塗りつぶして記載している。
本実施形態では、流入部２６３の半数が閉塞された例に適用して説明するが、閉塞する流入部２６３の数は、流入部２６３から軸受６２に流入する水等の流量に応じて変化するものであって、特に限定するものではない。
【００８３】
このようにすることで、流入部２６３を下流方向に向かって径方向外側に傾斜する流路とすることで、複数の流路を容易に形成することができる。さらに、当該流路の数を調節することにより、流入部２６３における圧損を調節し、流入部２６３を通過する水等の流量を調節することができる。
【００８４】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ２０１の特徴である軸受６２への水等の供給について説明する。
ここで、固定ハブ２０６における流入部２６３の開口が形成されている領域は、高圧領域ＨＲにおける最も静圧が高い部分であるため、第１の実施形態と比較して、流入部２６３の開口と、流出部７の開口との間の差圧が大きくなる。
【００８５】
そのため、軸受６２の潤滑に用いられる水等は、第１の実施形態よりも、流入部２６３の下流側開口から、軸受６２を介して流出部７の開口に向かって流れやすくなる。
【００８６】
上記の構成によれば、流入部２６３は高圧領域ＨＲにおける最も静圧が高い部分に開口するため、その他の部分に流入部２６３の開口を設ける場合と比較して、流入部２６３の水等の流入側の開口における水等の静圧と、流出部７の水等の流出側の開口における水等の静圧との圧力差が大きくなり、軸受６２を通過する水等の流量を増やすことができる。
【００８７】
〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について図８から図１０を参照して説明する。
本実施形態のウォータージェットポンプの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、流出部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８から図１０を用いて流出部近傍の構成のみを説明し、その他の実施形態等の説明を省略する。
図８は、本実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
本実施形態のウォータージェットポンプ３０１には、図９に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ４と、回転翼５と、固定ハブ３０６Ａと、流出部７と、案内羽根８と、が設けられている。
【００８９】
固定ハブ３０６Ａは、図９に示すように、回転軸３を回転可能に支持する部材であり、回転ハブ４とは、回転軸線Ｌに沿う方向に間隔をあけて配置される部材である。
固定ハブ３０６Ａには、固定壁面６１と、軸受６２と、流入部６３と、フィルタ６４と、固定インペラ部３６５Ａと、が設けられている。
【００９０】
固定インペラ部３６５Ａは、図９に示すように、固定ハブ３０６Ａにおける回転ハブ４と対向する面に配置され、軸受６２から流出部７に向かって流れる水等、言い換えると、流出部７に向かって流れる水等に径方向の流速成分を付与するものである。
【００９１】
図９は、図８の固定インペラ部の構成を説明する概略図である。
固定インペラ部３６５Ａには、図８および図９に示すように、径方向外側に向かって、周方向に湾曲した複数の羽根３６６Ａが、周方向に等間隔に設けられている。
ここで、図９における矢印は、回転翼５の回転方向である。
【００９２】
なお、本実施形態では、６つの羽根３６６Ａが周方向に等間隔に設けられ、かつ、羽根３６６Ａが回転翼５の回転方向と反対方向へ湾曲する例に適用して説明する。
【００９３】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ３０１の特徴である軸受６２への水等の供給について説明する。
なお、水等が流入部６３から軸受６２に流入し、軸受６２における潤滑に用いられるまでは、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００９４】
軸受６２から流出した水等は、図８に示すように、回転ハブ４と固定ハブ３０６Ａとの間の隙間に流入し、径方向外側に向かって流れる。このとき、図９に示すように、水等は、固定インペラ部３６５Ａの羽根３６６Ａにより、回転翼５の回転方向と反対方向の流速成分が与えられる。
その後、水等は流出部７からシュラウド２の内側に形成された流路に流出する。
【００９５】
図１０は、図８における案内羽根が設けられた領域における水等の流速分布を説明するグラフである。
図１０において、太線で示されたグラフＡ１は水等の回転軸線Ｌに沿う方向の流速成分であり、細線で示されたグラフＡ２は、流出部７から流出した水等が合流しない場合の周方向の流速成分であり、破線で示されたグラフＡ３は、流出部７から流出した水等が合流した場合の周方向の流速成分である。
【００９６】
水等の回転軸線Ｌに沿う方向の流速成分は、グラフＡ１に示すように、シュラウド２および固定ハブ３０６Ａ側の端部近傍で当該流速成分が遅く、シュラウド２および固定ハブ３０６Ａから離れるにしたがって当該流速成分が速くなる。シュラウド２および固定ハブ３０６Ａから所定距離だけ離れると当該流速成分は略一定となる。
【００９７】
その一方で、流出部７から流出した水等が合流しない場合、水等の周方向の流速成分は、グラフＡ２に示すように、固定ハブ３０６Ａ側の端部近傍で当該流速成分が遅く、固定ハブ３０６Ａから離れるにしたがって当該流速成分が速くなる。
固定ハブ３０６Ａから所定距離だけ離れると当該流速成分は、固定ハブ３０６Ａから離れるにしたがって徐々に遅くなる。これは、回転翼５によって水等に与えられた当該流速成分の影響である。
【００９８】
上述の状況の下に、流出部７から流出した水等が合流した場合、水等の周方向の流速成分は、グラフＡ３に示すように、シュラウド２および固定ハブ３０６Ａ側の端部近傍で当該流速成分が遅く、シュラウド２および固定ハブ３０６Ａから離れるにしたがって当該流速成分が速くなる。シュラウド２および固定ハブ３０６Ａから所定距離だけ離れると当該流速成分は略一定となる。
【００９９】
つまり、本実施形態のように、案内羽根８の固定ハブ３０６Ａ近傍における水等の周方向の流速成分が、他の部分における周方向の流速成分よりも速い場合には、流出部７から流出する水等に、固定ハブ３０６Ａ近傍における周方向の流速成分を減速させる周方向の流速成分を加えることにより、案内羽根８に流入する水等における径方向の流速分布を均一化することができる。
【０１００】
上記の構成によれば、流出部７から流出する水等に周方向の流速成分が付加されるため、案内羽根８に流入する水等における径方向の流速分布を均一化することができる。そのため、案内羽根８に対する水等の流入角度が、シュラウド２側から固定ハブ３０６Ａ側に至るまで略一定となることから、案内羽根８の設計を容易にすることができる。
【０１０１】
図１１は、図８における案内羽根が設けられた領域における水等の他の流速分布を説明するグラフである。図１２は、図８の固定インペラ部の他の構成を説明する概略図である。
なお、上述のように、案内羽根８の固定ハブ３０６Ａ近傍における水等の周方向の流速成分が、他の部分における周方向の流速成分よりも速い場合には、固定インペラ部３６５Ａの羽根３６６Ａにより、回転翼５の回転方向と反対方向の流速成分が与えてもよいし、図１１のグラフＡ４に示すように、案内羽根８の固定ハブ３０６Ａ近傍における水等の周方向の流速成分が、他の部分における周方向の流速成分よりも速い場合には、図１２に示すように、固定インペラ部３６５Ａの羽根３６６Ａにより、回転翼５の回転方向と同じ方向の流速成分が与えてもよく、特に限定するものではない。
【０１０２】
このようにすることで、流出部７から流出する水等に、固定ハブ３０６Ａ近傍における周方向の流速成分を増速させる周方向の流速成分を加えることができ、案内羽根８に流入する水等における径方向の流速分布を均一化することができる。
【０１０３】
〔第４の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第４の実施形態の変形例について図１３および図１４を参照して説明する。
本変形例のウォータージェットポンプの基本構成は、第４の実施形態と同様であるが、第４の実施形態とは、流出部の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１３および図１４を用いて流出部近傍の構成のみを説明し、その他の実施形態等の説明を省略する。
図１３は、本変形例に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
なお、第４の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０４】
本実施形態のウォータージェットポンプ３０１には、図１３に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ３０４Ｂと、回転翼５と、固定ハブ６と、流出部７と、案内羽根８と、が設けられている。
【０１０５】
回転ハブ３０４Ｂは、図１に示すように、回転翼５を支持する部材であって、回転翼５とともに回転軸３より回転駆動される部材である。
回転ハブ３０４Ｂには、回転壁面４１と、回転インペラ部３６５Ｂと、が設けられている。
【０１０６】
回転インペラ部３６５Ｂは、図１３に示すように、固定ハブ３０６Ａにおける回転ハブ３０４Ｂと対向する面に配置され、軸受６２から流出部７に向かって流れる水等、言い換えると、流出部７に向かって流れる水等に径方向の流速成分を付与するものである。
【０１０７】
図１４は、図１３の回転インペラ部の構成を説明する概略図である。
回転インペラ部３６５Ｂには、図１３および図１４に示すように、径方向外側に向かって、周方向に湾曲した複数の羽根３６６Ｂが、周方向に等間隔に設けられている。
ここで、図１４における矢印は、回転翼５の回転方向である。
【０１０８】
なお、本実施形態では、６つの羽根３６６Ｂが周方向に等間隔に設けられ、かつ、羽根３６６Ｂが回転翼５の回転方向と反対方向へ湾曲する例に適用して説明する。
【０１０９】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ３０１の特徴である回転インペラ部３６５Ｂについて説明する。
なお、水等が流入部６３から軸受６２に流入し、軸受６２における潤滑に用いられるまでは、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【０１１０】
軸受６２から流出した水等は、図１３に示すように、回転ハブ３０４Ｂと固定ハブ６との間の隙間に流入し、径方向外側に向かって流れる。このとき、図１４に示すように、水等は、回転インペラ部３６５Ｂの羽根３６６Ｂにより、回転翼５の回転方向と反対方向の流速成分が与えられる。
その後、水等は流出部７からシュラウド２の内側に形成された流路に流出する。
【０１１１】
上記の構成によれば、固定された固定インペラ部３６５Ａを用いて流出部７から流出する水等に周方向の流速成分を付与する方法と比較して、回転駆動される回転インペラ部３６５Ｂを用いることから、流出部７から流出する水等に対して、より大きな周方向の流速成分を付与することができる。
【０１１２】
〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態について図１５および図１６を参照して説明する。
本実施形態のウォータージェットポンプの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、固定ハブの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１５および図１６を用いて固定ハブ近傍の構成のみを説明し、その他の実施形態等の説明を省略する。
図１５は、本実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１１３】
本実施形態のウォータージェットポンプ４０１には、図１５に示すように、シュラウド２と、回転軸３と、回転ハブ４と、回転翼５と、固定ハブ４０６と、流出部７と、案内羽根８と、が設けられている。
【０１１４】
固定ハブ４０６は、図９に示すように、回転軸３を回転可能に支持する部材であり、回転ハブ４とは、回転軸線Ｌに沿う方向に間隔をあけて配置される部材である。
固定ハブ４０６には、固定壁面６１と、軸受６２と、流入部６３と、フィルタ６４と、整流フィン４６７と、が設けられている。
【０１１５】
図１６は、図１５の整流フィンの構成を説明する概略図である。
整流フィン４６７は、図１５および図１６に示すように、固定ハブ４０６から下流に向かって流れる水等の流れに残る周方向の流速成分を除去するものである。
整流フィン４６７は、固定ハブ４０６における下流側端部の円錐状に形成されたコーン６１Ａから径方向外側に向かって延びるとともに、回転軸線Ｌに沿って延びる略平板状のリブである。
【０１１６】
本実施形態では、４つの整流フィン４６７が周方向に等間隔に配置された例に適用して説明するが、整流フィン４６７の数は、４つよりも多くても少なくてもよく、特に限定するものではない。
【０１１７】
コーン６１Ａは、固定ハブ４０６に対して着脱可能に構成された部材である。コーン６１Ａには、上述の流入部６３およびフィルタ６４が設けられている。
【０１１８】
次に、上記の構成からなるウォータージェットポンプ４０１の特徴である整流フィン４６７について説明する。
なお、水等による軸受６２の潤滑については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１９】
図１５に示すように、回転翼５の回転駆動により下流側に送出された水等には、周方向の流速成分が含まれている。水等に含まれている周方向の流速成分の一部は、回転翼５の下流側に配置された案内羽根８を通過する際に取り除かれる。
【０１２０】
案内羽根８を通過した水等は、その後、整流フィン４６７の近傍を通過する。整流フィン４６７の近傍を通過する際に、水等に残されている周方向の流速成分が取り除かれる。これにより、ウォータージェットポンプ４０１から送出される水等に含まれる周方向の流速成分は、第１の実施形態などと比較して、少なくすることができる。
【０１２１】
上記の構成によれば、整流フィン４６７の近傍を流れる際に、水等に含まれる周方向の流速成分が減少する結果、ウォータージェットポンプ４０１から流出する水等に含まれる周方向の流速成分が少なくなるため、ウォータージェットポンプ４０１の効率低下を防止することができる。
【０１２２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図２】図１のウォータージェットポンプが設けられる船舶の概略構成を説明する模式図である。
【図３】図１の固定ハブなどの構成を説明する模式図である。
【図４】図１の固定ハブ周辺の水等の静圧分布を説明する等圧線図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図７】図６の流入部の構成を説明する模式図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図９】図８の固定インペラ部の構成を説明する概略図である。
【図１０】図８における案内羽根が設けられた領域における水等の流速分布を説明するグラフである。
【図１１】図８における案内羽根が設けられた領域における水等の他の流速分布を説明するグラフである。
【図１２】図８の固定インペラ部の他の構成を説明する概略図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の変形例に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図１４】図１３の回転インペラ部の構成を説明する概略図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係るウォータージェットポンプの構成を説明する断面視図である。
【図１６】図１５の整流フィンの構成を説明する概略図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１，１０１，２０１，３０１，４０１ ウォータージェットポンプ（ポンプ）
２ シュラウド
３ 回転軸
４，３０４Ｂ 回転ハブ
５ 回転翼
６，１０６，２０６，３０６Ａ，４０６ 固定ハブ
７，１０７ 流出部
８ 案内羽根
４１ 回転壁面（回転壁部）
６１ 固定壁面（固定壁部）
６２ 軸受
６３，２６３ 流入部
６４ フィルタ
３６５Ａ 固定インペラ部
３６５Ｂ 回転インペラ部
４６７ 整流フィン
Ｓ１ 船舶
Ｓ２ 船体
Ｓ３ ダクト
Ｌ 回転軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れる流路を形成するシュラウドと、
該シュラウドの内部に配置され、回転軸線まわりに回転可能に支持される回転軸と、
該回転軸から前記回転軸線を中心とする径方向外側に向かって延びるとともに、前記流路を流れる流体の下流方向に向かって傾斜する回転壁部を有する回転ハブと、
前記回転壁部から前記径方向外側に向かって延びる回転翼と、
前記シュラウドに固定されるとともに、表面に沿って流れる前記流体の流れ方向を転向させて静圧を高める高圧領域を形成する固定壁部を有する固定ハブと、
該固定ハブに配置され、前記回転軸の端部を回転可能に支持する軸受と、
前記固定ハブに配置され、前記高圧領域と前記軸受における前記下流側の端部との間を繋ぐ流入部と、
前記高圧領域よりも静圧が低い領域と前記軸受における前記流体の流れにおける上流側の端部との間を繋ぐ流出部と、
前記流入部を流れる前記流体に含まれる異物を捕集するフィルタと、
が設けられていることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記固定壁部は、前記下流方向に向かって前記回転軸線に接近する壁面であって、前記固定壁部に沿って流れる前記流体同士を前記回転軸線の近傍で衝突させる壁面であることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記フィルタおよび前記流入部の少なくとも一方は、前記流入部を流れる前記流体の流量を調節することを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記回転軸線に沿って前記下流方向に延びる流路であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のポンプ。
【請求項５】
前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記高圧領域における最も静圧が高い部分に向かって延びる流路であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のポンプ。
【請求項６】
前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記下流方向に向かって前記径方向外側に傾斜する複数の流路であることを特徴とする請求項５記載のポンプ。
【請求項７】
前記流出部は、前記回転ハブと前記固定ハブとの間に形成された隙間であり、
前記固定ハブから径方向外側に向かって延びる案内羽根が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のポンプ。
【請求項８】
前記回転ハブには、前記流出部の壁面を構成するとともに、前記流出部を流れる前記流体に前記回転軸線を中心とする周方向の流速成分を加える回転インペラ部が設けられていることを特徴とする請求項７記載のポンプ。
【請求項９】
前記固定ハブには、前記流出部の壁面を構成するとともに、前記流出部を流れる前記流体に前記回転軸線を中心とする周方向の流速成分を加える固定インペラ部が設けられていることを特徴とする請求項７記載のポンプ。
【請求項１０】
前記流出部は、前記軸受における前記上流側の端部から、前記固定壁面における前記流れが剥離する領域に向かって延びる流路であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１１】
前記流出部は、前記軸受における前記上流側の端部から、前記径方向外側に向かって前記下流側に傾斜する流路であることを特徴とする請求項１０記載のポンプ。
【請求項１２】
前記固定ハブから前記径方向外側に向かって延びるとともに、前記回転軸線に沿って延びる整流フィンが設けられていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１３】
船体の外部から水を導入するとともに、前記船体の後部に導くダクトと、
該ダクトの内部の水を前記船体の後部に向かって送出する請求項１から請求項１２に記載のポンプと、
が設けられていることを特徴とする船舶。
【請求項１】
内部に流体が流れる流路を形成するシュラウドと、
該シュラウドの内部に配置され、回転軸線まわりに回転可能に支持される回転軸と、
該回転軸から前記回転軸線を中心とする径方向外側に向かって延びるとともに、前記流路を流れる流体の下流方向に向かって傾斜する回転壁部を有する回転ハブと、
前記回転壁部から前記径方向外側に向かって延びる回転翼と、
前記シュラウドに固定されるとともに、表面に沿って流れる前記流体の流れ方向を転向させて静圧を高める高圧領域を形成する固定壁部を有する固定ハブと、
該固定ハブに配置され、前記回転軸の端部を回転可能に支持する軸受と、
前記固定ハブに配置され、前記高圧領域と前記軸受における前記下流側の端部との間を繋ぐ流入部と、
前記高圧領域よりも静圧が低い領域と前記軸受における前記流体の流れにおける上流側の端部との間を繋ぐ流出部と、
前記流入部を流れる前記流体に含まれる異物を捕集するフィルタと、
が設けられていることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記固定壁部は、前記下流方向に向かって前記回転軸線に接近する壁面であって、前記固定壁部に沿って流れる前記流体同士を前記回転軸線の近傍で衝突させる壁面であることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記フィルタおよび前記流入部の少なくとも一方は、前記流入部を流れる前記流体の流量を調節することを特徴とする請求項１または２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記回転軸線に沿って前記下流方向に延びる流路であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のポンプ。
【請求項５】
前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記高圧領域における最も静圧が高い部分に向かって延びる流路であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のポンプ。
【請求項６】
前記流入部は、前記軸受における前記下流側の端部から、前記下流方向に向かって前記径方向外側に傾斜する複数の流路であることを特徴とする請求項５記載のポンプ。
【請求項７】
前記流出部は、前記回転ハブと前記固定ハブとの間に形成された隙間であり、
前記固定ハブから径方向外側に向かって延びる案内羽根が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のポンプ。
【請求項８】
前記回転ハブには、前記流出部の壁面を構成するとともに、前記流出部を流れる前記流体に前記回転軸線を中心とする周方向の流速成分を加える回転インペラ部が設けられていることを特徴とする請求項７記載のポンプ。
【請求項９】
前記固定ハブには、前記流出部の壁面を構成するとともに、前記流出部を流れる前記流体に前記回転軸線を中心とする周方向の流速成分を加える固定インペラ部が設けられていることを特徴とする請求項７記載のポンプ。
【請求項１０】
前記流出部は、前記軸受における前記上流側の端部から、前記固定壁面における前記流れが剥離する領域に向かって延びる流路であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１１】
前記流出部は、前記軸受における前記上流側の端部から、前記径方向外側に向かって前記下流側に傾斜する流路であることを特徴とする請求項１０記載のポンプ。
【請求項１２】
前記固定ハブから前記径方向外側に向かって延びるとともに、前記回転軸線に沿って延びる整流フィンが設けられていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のポンプ。
【請求項１３】
船体の外部から水を導入するとともに、前記船体の後部に導くダクトと、
該ダクトの内部の水を前記船体の後部に向かって送出する請求項１から請求項１２に記載のポンプと、
が設けられていることを特徴とする船舶。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２５０２５（Ｐ２０１０−２５０２５Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８８８８７（Ｐ２００８−１８８８８７）
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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