船舶用ノズルプロペラ
【課題】船舶、特に、内陸航行用船舶及びタグボートのためのノズルプロペラであって、同じエンジン出力であっても、公知のノズルプロペラに比べて速力を増加させ、且つ引き綱を引く力を増強させることが可能なノズルプロペラを提供する。
【解決手段】ノズルプロペラ１００は、フィンシステムと、固定ノズル１０とを備えており、プロペラ１２がシャフトベアリング１３上にプロペラシャフトにより取り付けられており、前記ノズルプロペラ１００のプロペラ下方回転側２９よりものプロペラ上方回転側２８に、より多くのガイドフィン１７ａ，１８ａ，１９ａが配置されていて、且つ/又は前記ガイドフィン１７ａ，１８ａ，１９ａが非対称のフィンシステムを構成するようにして配置されている。
【解決手段】ノズルプロペラ１００は、フィンシステムと、固定ノズル１０とを備えており、プロペラ１２がシャフトベアリング１３上にプロペラシャフトにより取り付けられており、前記ノズルプロペラ１００のプロペラ下方回転側２９よりものプロペラ上方回転側２８に、より多くのガイドフィン１７ａ，１８ａ，１９ａが配置されていて、且つ/又は前記ガイドフィン１７ａ，１８ａ，１９ａが非対称のフィンシステムを構成するようにして配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用ノズルプロペラ、特に、沖合航行用船舶、タグボート及び内陸航行用船舶、即ち、プロペラを包含する固定された非回転式ノズルとフィンシステムとを有する船舶のためのノズルプロペラに関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプのノズルプロペラは、日常使用される言葉で「スクリュープロペラ」とも呼ばれる、ノズルに収納されて固定されたプロペラを更に含んでいる。船、特に船舶の駆動ユニットは、ノズルリングとして構成されたノズルによって包囲されるか又は収納されるプロペラを含んでおり、前記駆動ユニットはノズルプロペラと呼ばれている。このタイプのノズルリングは、「コルトノズル（Ｋｏｒｔ ｎｏｚｚｌｅ）」とも呼ばれている。
【０００３】
ノズルの内部に配置される前記プロペラは、この場合には、固定されるように構成される。原理的には、先行技術の中には、プロペラを包囲するノズルが固定されるように構成されるノズルプロペラがある。ノズルが固定されているこの種のノズルプロペラにおいては、プロペラの後流中に、即ち、船舶の進行方向に見て前記ノズルプロペラの後側に、追加の機動装置特に舵を設けなければならない。
【０００４】
更に、先行技術のノズルプロペラの中には、ノズルの内部に固定配置されたプロペラの周りを前記ノズルが回転可能であるものが、知られている。このような回転可能なノズルプロペラは、舵などの追加の機動装置を随意省くことができるようにして船舶を制御するのに使用できる。
【０００５】
本発明は主として、ノズルが固定されているノズルプロペラに関するものであり、ノズルが回転可能であるノズルプロペラに関するものではない。
【０００６】
ノズル又はノズルリングは、駆動推進力を高める機能を有している。この点に関しては、このようなノズルプロペラは、それぞれ高い推進力を発揮しなければならないタグボートや補給船などに使用されることが多い。
【０００７】
ノズルリングとして構成されたノズルは、この場合には通常、前記ノズルの壁部を形成する円錐状のテーパーの付いた管である。船舶の後方に向かって前記管が細くなるために、前記ノズルプロペラは、エンジンの性能を高める必要もなく、更なる推進力を船舶に移すことができる。
【０００８】
推進力を向上させる特性に加えて、更に、航行中の縦揺れがこの手段により軽減されるので、荒波においては、速度の低下が低減され、針路の安定性を高めることができる。前記ノズルプロペラ、又はコルトノズルに固有の抵抗は、船舶の速力が増加するにつれて略二次的に増加するので、これら利点は、大きなプロペラ推進力を発生させなければならない低速船舶（タグボート、漁船など）において特に有効である。
【０００９】
船舶用ノズルプロペラは、特許文献１から公知である。このシステムには、いわゆるコルトノズルが設けられている。しかし、一般的なノズルプロペラとは対照的に、前記コルトノズルは、固定されるのではなく、ラダーポストによってプロペラの周りを回動し得るように構成されている。
【００１０】
舵の働きを高めるために、水平方向と垂直方向に並べられたフィンが、コルトノズルの主要な流れ方向に見てプロペラの後ろに配置されている。回転可能な又は回動可能なコルトノズルが逆回転するときに前記コルトノズルの舵の働きを同様に高めるために、２つのフィンがプロペラの前に設けられている。前記２つのフィンは、ノズルに取り付けられて該ノズルの内部へと突出しており、断面図において見られるように、対向するようにして前記ノズルプロペラの垂直中心軸上に各々配置されている。
【００１１】
単一又は複数のスクリューを有する内陸航行用船舶における流れに作用するためのガイド装置は、特許文献２から公知である。プロペラ軸の下側に垂直に位置する比較的大きな予渦流式のフィン又はガイドフィンを１つと、現行のプロペラブラケットアームを２つ含む配置構成を開示している。前記尾面の差し入れ端部の傾斜角度が固定面に対して少なくとも２０°であることが記載されている。
【００１２】
流れ中にプロペラが円を描く面の実質的な領域においては、前記単一の尾面が、プロペラ前方の予渦流としてのその回転方向とは反対の周方向の成分を発生させるために、プロペラが活発に作動してより好ましく、そして前記プロペラが回転している間には、該プロペラにはより一様に負荷がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】ＵＳ ２，１３９，５９４
【特許文献２】ＤＤ ２６７ ３８３ Ａ３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、同じエンジン出力であっても、公知のノズルプロペラに比べて速力の増加や引き綱を引く力の増強を可能にする冒頭に記載したタイプのノズルプロペラを提供することである。より多くの水がスクリュープロペラ全体に、より好適に流動的に案内されることが更に達成される。そのため、同じエンジン出力であっても燃料を節約することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
プロペラ流の方向において前記プロペラの前に配置されている１つ、又は複数の（予渦流）ガイドフィンを含み、且つ、ノズルプロペラのプロペラの下方回転側よりも上方回転側に、より多くのガイドフィンが配置されているフィンシステムによって、本発明の目的は達成される。
【００１６】
ノズルプロペラ、特にコルトノズルのための「予渦流」フィンシステムが、引き綱を引く力を増強するのに特に好適であり、前記ガイドフィンの上記配置構成において特に好適であるという発見に、本発明は基づいている。前記フィンシステムのガイドフィンのこのような配置構成の結果、引き綱を引く力を１０％増強させること、即ち、１０％まで出力を節約することが達成される。
【００１７】
前記用語、「ノズルプロペラのプロペラの上方回転側」は、前方推進時においてプロペラが断面図において下から上に回転している、ノズルプロペラの側であることと解釈する。従って、ノズルプロペラのプロペラの下方回転側では、プロペラは上から下に回転している。これに関して、断面図に示されているように、仮想的な内部垂直中心線によって、プロペラの上方回転側と下方回転側に分割される。
【００１８】
この場合においては、前記フィンシステムを形成するガイドフィンは、前記ノズルプロペラ上に配置されていてプロペラ流に作用するステーターの意味での流れ案内面である。前記ガイドフィンは、通常、ノズルプロペラ上に固定配置される。前記プロペラの上方回転側でのガイドフィンの配置は、断面図において、ガイドフィン、又は、少なくとも実質的には前記ガイドフィンの一部分が、前記ノズルプロペラのプロペラの上方回転側に配置されるというように解釈すべきである。同じことが、プロペラの下方回転側にも同様に適用される。
【００１９】
プロペラへの流れは、船舶の船体によって乱される。従って、前記プロペラの後流域における前記プロペラの後方において、流れのねじれが、その前方にガイドフィンが位置していないプロペラと比べてより小さく発生するように、前記プロペラの位置を調整して、該プロペラの前方にガイドフィンを配置すれば、前記ガイドフィンにより渦が生成される。
【００２０】
ところで、もしノズルプロペラのプロペラの下方回転側よりも上方回転側に少なくとも１つでも多くガイドフィンを配置すれば、驚くべきことに、プロペラの後流におけるねじれは、特に小さいことが判明した。本発明に従うフィンシステムは、１つ以上のガイドフィンを含んでいるので、本発明に従うフィンシステムの最小の配置は、前記プロペラの上方回転側にはガイドフィンを１つ配置して前記プロペラの下方回転側にはガイドフィンを１つも配置しないようにすることである。この最小のフィンシステムでは、前記１つのガイドフィンは、前記プロペラの上方回転側に完全にまるごと配置されるべきである。
【００２１】
前記プロペラの上方回転側と下方回転側との間、即ちノズルプロペラの縦軸に関しての垂直中心線上に配置されるガイドフィンは、この場合には、本発明に従って、（前記プロペラの上方回転側及び下方回転側の）どちらの側にも配置されていないとみなされるか、又はどちらの側にも配置されているとみなされるかの何れかである。もし、１つのガイドフィンが、一側に完全にではなくて一側の主部分に配置されるように任意に配置されるのであれば、本発明の目的のために、１つのガイドフィンはこの側に属させる。
【００２２】
同時に、前記ガイドフィン、又はフィンは、純粋のノズルプロペラに異物が入り込むのを防ぐために単に意図された保護グリッドなどのノズルプロペラのための単なる保護装置と区別すべきである。ノズルプロペラのための単なる保護装置とは異なり、ガイドフィン又はフィンは、流れに大きく影響を及ぼす、流れガイド面である。
【００２３】
フィンシステムを構成するガイドフィンは、前記ノズルプロペラの領域に配置される。便宜上、前記ガイドフィンは、前記ノズルプロペラのノズルの内側に少なくとも部分的に配置される。
【００２４】
本発明は、エンジン出力が同じままで、速力や引き綱を引く力を高めることが可能であるという利点を有している。その結果、高い効率が得られる。
【００２５】
速力が同じままで、更に、引き綱を引く力も同じままで、必要なエンジン出力を減らすことが可能であることも、実際的に意義がある。その結果、エンジンの燃料コスト及び購買コストを節約することができる。
【００２６】
更に、前記フィンシステムにより予め渦流を発生させる結果として、このプロペラノズルガイドフィンシステムの、全体としてより高い効率が達成される。
【００２７】
より多くの水が、流体的により好ましい方法で、スクリュープロペラ全体に、又はプロペラ全体に案内されるので、同じエンジン出力であっても、１０％までの燃料を節約できる。
【００２８】
本発明は、水深が浅い場合にも使用でき、更に、異物による損傷からプロペラを保護することができる。
【００２９】
前記プロペラ上方回転側及び前記プロペラ下方回転側でのガイドフィンの前記配置分布とは別に、又は該分布に追加的に、前記ガイドフィンが非対称なフィンシステムを構成するように、前記フィンシステムのガイドフィンを配置することもできる。この場合に、プロペラシャフト軸に対するガイドフィンの角度配置に対して、及び輪郭長、輪郭断面、又は他の別の量のようなガイドフィンの寸法に対して、又はそれらのうちのいずれか一方に対して非対称となるようにする。
【００３０】
プロペラシャフト軸に対する角度配置に関して非対称となるようにした場合、プロペラ軸から径方向に見た場合の個々のガイドフィンの軸の間で、一様でない角度分割を行っている。前記ノズルプロペラの垂直中心軸を、前記ノズルプロペラの断面図における対称軸としてとれば、非対称配置を行うことも可能である。同時に、この対称軸は、前記ノズルプロペラのプロペラ上方回転側とプロペラ下方回転側とに分割する。これにより、構成配置が容易である方法で特に有効なフィンシステムが得られる。ほとんどの場合には、前記プロペラ下方回転側よりも前記プロペラ上方回転側にガイドフィンをより多く配置したフィンシステムも、非対称なものとなる。
【００３１】
本発明の更なる好適な構成においては、各ガイドフィンが、その一端でノズルの内壁表面に固定され且つその他端で船尾管又はシャフトベアリングに取り付けられるステーターを、形成するようにして設けられる。前記シャフトベアリングは、前記プロペラシャフトを取り付けるために構成されており、便宜上、前記プロペラの近くに配置されている。前記シャフトベアリングは、例えば、いわゆる「船尾管」によって形成できる。
【００３２】
本実施例では、ガイドフィンは、シャフトベアリングとノズル内壁との間に設けられて固定されたステーターとして、それぞれ構成されている。シャフトベアリングとの連結、又はノズルとの連結は、先行技術から公知の適切な接合技術、特に溶接により行うことができる。前記ノズル内壁に固定するための別の、又は追加的な方法としては、ノズル前方側に留め具を設けることもできる。
【００３３】
前記ガイドフィンが、前記ノズルプロペラ、又はノズルの内側の空間の中に、完全に含まれて配置されていれば更に好適である。原理的には、ガイドフィンの一部分を前記ノズルの内側の空間の外に配置することは可能である。しかし、本出願人により行われた実験により、ほとんどの適用状況では、前記ノズルにより囲まれた空間内部にガイドフィンが完全に含まれる配置は、流体的に好ましいことが明らかとなった。
【００３４】
既に記載したように、原理的には、前記フィンシステムは、最低で、前記プロペラ上方回転側に完全に配置されるガイドフィンを唯一つ含むようにすることが可能である。しかし、便宜上、各フィンシステムは、少なくとも３つのガイドフィンを有していることとする。好適には、これらの内、少なくとも２つのガイドフィンを、前記プロペラ上方回転側に配置する。
【００３５】
本発明の好適実施例は、フィンシステムが３〜７つのガイドフィンを有しており、この場合、２〜４つのガイドフィンを前記プロペラ上方回転側に配置して、１〜３つのガイドフィンを前記プロペラ下方回転側に配置する、という構成に基づいている。
【００３６】
各ガイドフィンが、外側に向かって湾曲させた吸引面と、広範囲にわたって平坦な圧力面とを有していれば、流体的に非常に好ましい。これは、飛行機の翼に使用されているような、標準的な揚力面となる。
【００３７】
また、複数のガイドフィンを使用すれば、ガイドフィンの断面形状を相違させることができる。この方法により、ノズルの内側の流れを更に最適にすることができる。
【００３８】
また、前記ガイドフィンが、前記プロペラ軸に対する迎え角が異なるように配置されれば好適である。この場合には、予渦流の最適化も可能である。
【００３９】
本発明は、単一のプロペラを有するシステムに適用できる。しかし、複数のプロペラを有するシステムに適用すれば、特に好適である。そのような複数のプロペラを有するシステムは、回転方向が互いに反対である隣接配置された２つのノズルプロペラを含んでいることが多い。従って、２つのノズルプロペラのフィンシステムは、互いに対して鏡面対称に配置できる。
【００４０】
本発明の更なる特に好適な実施例においては、予渦流を生成するために使用されるように構成されたプロペラブラケットアームが設けられている。この手段により、推進力の更なる改善が達成される。プロペラブラケットアームは、船尾管又はノズルプロペラを保持するために通常構成されており、船体にしっかりと連結されている。
【００４１】
本発明の実施例では、前記プロペラブラケットアームの少なくとも一部の領域、特に、流れ方向に見てノズルの内側に配置されるような一部の領域を、本発明の意味でのガイドフィンとして構成できる。前記プロペラブラケットアームの残りの部分は、相違するように構成させることが可能であり、例えば、互いに相違する輪郭を有するようにすることもできる。しかし、原理的には、プロペラブラケットアームに、全体的に同じであるように輪郭を持たせ、更に前記プロペラ軸に対して同じ迎え角を持たせることは可能である。ノズルプロペラを保持するためにいずれにせよ設けられるプロペラブラケットアームがガイドフィンとして使用されるので、この方法により、本発明の構成は更に簡略化される。
【００４２】
本発明に従うノズルプロペラを、沖合航行用船舶、タグボート、又は内陸航行用船舶に使用することは特に好適である。これら船舶においては、好ましくは、船尾領域において２つのノズルが隣接して配置されている。ノズルプロペラは、内陸航行用船舶に特に使用され、そのため本発明は当該船舶にも適している。
【００４３】
本発明の好適実施例を、図面を参照して詳細に説明し、本発明の更なる好適な構成及び利点を記載する。以下の図面は概略的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ノズルプロペラの断面図を示す。
【図２】１つのノズルプロペラにつき３つのガイドフィンを設けた多プロペラ配置を示す。
【図３】１つのノズルプロペラにつき７つのガイドフィンを設けた外方へ作用する多プロペラ配置を示す。
【図４】ガイドフィンの断面図を示す。
【図５】ガイドフィンの横断面を示した別のノズルプロペラの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は、船舶用、特に内陸航行用船舶又はタグボート用ノズルプロペラ１００を示している。ノズルプロペラ１００は、以下に詳述されるフィンシステムと固定ノズル１０を備えており、この固定ノズルは、引き綱を引く力を高めるための、いわゆるコルトノズルとして構成されている。コルトノズルそれ自体は、例えば特許文献１から公知であるので、詳細には説明しない。
【００４６】
図１は、ノズルプロペラ１００を通る長手方向の断面図（縦断面）を示している。明確にするために、ノズルプロペラの上半部分の構成配置のみを示している。
【００４７】
ノズルプロペラ１００は、スクリュー即ちプロペラ１２を含み、そのプロペラシャフト１１は、船尾管として構成されているシャフトベアリング１３に装架されている。ガイドフィン１４は図１に示されている。前記ガイドフィンは、プロペラ１２で予渦流を生成するように構成されていて、（予渦流）ガイドフィン１４又はフィンとして称呼されるようになっている。「ガイドフィン」又は「ガイド表面」という称呼は、「フィン」に対しても使用される。「ノズル予渦流フィン」という称呼も可能である。プロペラ１２も「スクリュープロペラ」と称され得る。
【００４８】
前記（予渦流）ガイドフィン１４を、流れ方向において、プロペラ１２の前方に配置する。図１に示されているように、前記（予渦流）ガイドフィン１４は、その一端部１５がノズル１０の内壁面に固定され、その他端部１６がシャフトベアリング１３に固定される。
【００４９】
図１は、前記（予渦流）ガイドフィン１４が第一部分１４ａを通じて前記ノズルの内部空間にどのようにして延びているのか、そして第二部分１４ｂを通じて前記ノズル１０の外側へどのようにして突出しているのかも示している。図１の縦断面図においては、前記ガイドフィン１４は、前記内側の部分１４ａで終わる実質的に垂直に延びた内部縁部と、上から下に移るにつれて外側に向かって傾斜して延びている外部縁部とを有している。前記外部縁部は、前記ノズル１０の外側に位置する前記外側の部分１４ｂで終わっている。そして、前記ガイドフィン１４は、その上部がノズル１０の前側縁部分に接している。
【００５０】
前記ガイドフィン１４は、幅広側が、略プロペラ流の方向、即ち、略プロペラ軸方向に延びるように配置されており、前記ガイドフィン１４の幅狭側前部が流れ中に実質的に置かれるようになっている。前記プロペラシャフト１１に対する前記ガイドフィン１４の迎え角に応じて、前記ガイドフィン１４の２つの平坦面は、多かれ少なかれ流れの中に置かれる。
【００５１】
図２は、ノズルプロペラ１００が、船体２０のＡ側のために、複数の特に３枚の（予渦流）ガイドフィン１７ａ、１８ａ、及び１９ａを有するフィンシステムを備えた、船舶の船体２０を示している。船体２０のＢ側では、別のノズルプロペラ１００に、同様に、３つの（予渦流）ガイドフィン１７ｂ、１８ｂ、及び１９ｂが設けられている。このシステムは、２つのプロペラを有するシステムとして構成され、従って、マルチプロペラシステムのグループに属する。
【００５２】
前記３つのガイドフィン１７ａ、１８ａ、及び１９ａは、２つのガイドフィン１７ａ、１８ａがプロペラ上方回転側２８に配置され、１つのガイドフィン１９ａがプロペラ下方回転側２９に配置されるように、配置されている。Ａ側及びＢ側両方のプロペラにおいて、参照数字３３の矢印を設けて、船舶２０の前進中、ノズルプロペラ又はプロペラ１２のそれぞれの回転方向を矢印３３により示している。プロペラ１２は両方とも内側から外側へと回転している。即ち、Ａ側のプロペラ１２は反時計回りに回転している一方で、Ｂ側のプロペラ１２は時計回りに回転している。
【００５３】
更に、各ノズルプロペラ１００には、垂直中心軸３４が示されている。垂直中心軸３４は各々、ノズルプロペラ１００の中心を通って延びており、ノズルプロペラ１００をプロペラ上方回転側２８とプロペラ下方回転側２９とに分けている。２つのノズルプロペラ１００の回転方向３３は互いに反対であるので、各プロペラ上方回転側２８は中心に面して配置される一方、各プロペラ下方回転側２９は外側に位置している。従って、プロペラ上方回転側２８及びプロペラ下方回転側２９は両方とも、ノズルプロペラ１００の半分の部分により形成される。
【００５４】
個々のガイドフィン１７ａ、１８ａ、１９ａ、又は１７ｂ、１８ｂ、１９ｂはそれぞれ、シャフトベアリング１３の外面からノズル１０の内側、即ちノズル１０の内壁面へと延びている。図２に示されている図解においては、２枚のガイドフィンは、プロペラ上方回転側２８中に完全に位置するように各ノズルプロペラ１００に配置されている。同様に、何れの場合も、３つ目のガイドフィンはプロペラ下方回転側２９中に完全に位置せしめられている。ガイドフィン１７ａ、１８ａ、１９ａ、又は１７ｂ、１８ｂ、１９ｂをこのように配置すれば、プロペラの前方の流れにおいて渦が好ましく生じて、これによって今度はプロペラの後方の流れの小さなねじれが生成される。
【００５５】
ガイドフィン１７ａ、１８ａ、１９ａ、１７ｂ、１８ｂ、及び１９ｂは、それらの幅狭側が図２の横断面で見られ得るように、即ち、それらの幅広面が、プロペラ流の方向、即ちノズルプロペラの長手方向に実質的に沿うように、配置されている。図示されたガイドフィン（１７ａ、１８ａ、１９ａ、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ）の長さは、全て略同じである。
【００５６】
（予渦流）ガイドフィン１７ａ、１８ａ、１９ａ、又は１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、即ち、Ａ側及びＢ側の両方のガイドフィンは更に、非対称のフィンシステムを形成するように配置されている。垂直中心軸３４を対称軸として用いて、プロペラ上方回転側２８に配置するガイドフィンの数をプロペラ下方回転側２９に配置するガイドフィンの数と異ならせることにより、この非対称は得られる。更に、ガイドフィン１７ａ〜１９ａの間の角度分配は等分配ではなく、また、ガイドフィン１７ｂ〜１９ｂの間の角度分配も等分配ではない。従って、例えば、Ａ側のノズルプロペラ１００において、プロペラ軸でのこれらガイドフィンの交点に関して、ガイドフィン１７ａと１８ａとの間の角度は、ガイドフィン１７ａと１９ａとの間の角度、及びガイドフィン１８ａと１９ｂとの間の角度よりも著しく小さい。Ｂ側のノズルプロペラ１００においても同様の状況となっている。
【００５７】
図３は、７つのガイドフィン２１〜２７を有するプロペラを２つ備えたプロペラシステムの別の例を示している。ここでは、簡略にするために、Ａ側においてのみ引用符号を付けている。Ｂ側のノズルプロペラ１００の構成は、Ａ側の構成に従っている。ガイドフィン２１及び２２の２つはプロペラ下方回転側に配置されている一方で、ガイドフィン２４、２５、及び２７の３つはプロペラ上方回転側に配置されている。更に、ガイドフィン２３及び２６は、実質的に垂直中心軸３４に沿って一直線上に配置されている。即ち、ガイドフィン２６は、シャフトベアリング１３から垂直に上方にノズル壁まで延びており、ガイドフィン２３は、シャフトベアリング１３から垂直に下方にノズル壁まで延びている。
【００５８】
従って、前記２つのガイドフィン２３及び２６のうちの一方はプロペラ上方回転側２８に、他方はプロペラ下方回転側２９に、それぞれ割り当てられる。そのため、合計４つのガイドフィンがプロペラ上方回転側２８に配置されており、合計３つのガイドフィンがプロペラ下方回転側２９に配置されている。原理的には、ガイドフィン２３及び２６を、前記２つの回転側のどちらにも割り当てなくすることもでき、この場合、プロペラ上方回転側２８に配置されるガイドフィンは３つとなり、プロペラ下方回転側２９に配置されるガイドフィンは２つとなる。ここで唯一重要なことは、各場合において、プロペラ上方回転側２８に１つでも多くガイドフィンを配置することである。
【００５９】
ガイドフィン２６及び２７は、シャフトベアリング１３を船体２０に連結するプロペラブラケットアームとしての機能を、追加的に果たしている。ノズル１０の外側で、プロペラブラケットアーム２６及び２７は、ガイドフィンとしての輪郭を必ずしも備える必要はない。しかし、ノズル１０の内側では、ガイドフィンとしての輪郭をその全長にわたって形成している。前記ガイドフィンを全て、流れ方向におけるプロペラ１２の前方に配置していることは、図２及び３において確認できる。
【００６０】
図１〜３に示されているガイドフィン１４、１７ａ、１８ａ、１９ａ、又は１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、２１〜２４、及び２６、２７は、異なる断面輪郭を有することができる。
【００６１】
通常、各予渦流ガイドフィンは、プロペラ長手方向軸に対して、異なる迎え角を有している。
【００６２】
上記したシステムは、流れの中でプロペラが円を描く領域の実質的範囲において、プロペラの前方の予渦流として、円周方向の成分が、プロペラの回転方向とは反対の方向に発生するという原理に基づいて、作用する。このため、プロペラはより好適に活発に作動して、プロペラが回転している間は、プロペラはより一様に流れを受ける。
【００６３】
このシステムは、上記した実施例に限定されるものではなく、タグボートや沖合航行用船舶の固定ノズルの前方に予渦流を発生させて引き綱を引く力と速力とを高めるための別のシステムもまた可能である。
【００６４】
上記実施例の一つが有する特徴のうちの一つを別の上記実施例が有する別の特徴と組み合わせることも可能である。これは、特に、図３に記載のプロペラブラケットアームの配置に適用される。
【００６５】
非対称とは、３つのフィンの場合においては、これらフィンが１２０°の一様な角度の分配で配置されてはいないということを意味する。４つのフィンの場合においては、前記４つのフィンの角度分配が９０°からずれている、などである。
【００６６】
図４は、本発明に従うノズルプロペラのフィンシステムに使用可能なガイドフィン３２の一例の断面図を示す。ガイドフィン３２は、図４の上部に位置する湾曲した吸引面３２ａと、これに対向して位置している実質的に平坦な圧力面３２ｂとを有している。円形面３２ｃは、ノズルプロペラに設置された状態では、流れの中に置かれる。即ち、前記円形面は上流側に配置される一方で、略点状面３２ｄはプロペラの下流側に配置される。
【００６７】
図５は、図１に示された実施例に実質的に対応するノズルプロペラの更に別の好適実施例の断面図を示している。図１とは異なり、図５に示されている好適実施例においては、ガイドフィン１４がノズル１０又はノズルリングよって囲まれた空間、即ちノズル１０の内側の空間に完全に含まれて配置されていて、ノズル１０から突き出る部分、即ちノズル１０を超えて突き出る部分を有していないようにして、前記ガイドフィン１４を構成している。この点に関して、図５の側面図におけるガイドフィン１４の前側の縁及び後側の縁は、互いに平行に配置されており、ガイドフィン１４の前側の縁はノズル１０の前側の縁と略同一の平面上で終わっている。
【００６８】
更に、図５は、別のガイドフィン１４ａの断面図を概略的に示している。ガイドフィン１４ａは、同様に、ノズル１０の内側の空間の内部に配置されており、図５の図面ではプロペラシャフトの長手方向軸１８と交差せしめられている。
【００６９】
ガイドフィン１４ａの横断面の輪郭は、前記プロペラシャフト軸に対して傾斜して位置していることがわかる。この状況を説明するために、ガイドフィン１４ａの横断面の輪郭が、改めてノズルプロペラ１００の右側に、特にプロペラシャフト軸１８に関して同じ位置に別に示されている。更に、迎え角αで前記プロペラシャフトの軸と交差する中心線１９を、ガイドフィン１４ａの別に示した前記横断面の輪郭に貫通させている。
【００７０】
本発明の好適実施例においては、これら迎え角αを、ノズルプロペラ１００の異なるガイドフィンに応じて変化させる。そのため、最適な迎え角αをガイドフィンそれぞれの位置に応じて定めることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１００ ノズルプロペラ
１０ ノズル
１１ プロペラシャフト
１２ プロペラ
１３ シャフトベアリング
１４，１４ａ 予渦流ガイドフィン
１５ 予渦流ガイドフィンの外側端部
１６ 予渦流ガイドフィンの内側端部
１７ａ，１８ａ，１９ａ Ａ側の予渦流ガイドフィン
１７ｂ，１８ｂ，１９ｂ Ｂ側の予渦流ガイドフィン
１８ プロペラシャフト軸
１９ ガイドフィンの中心線
２０ 船体
２１〜２５ ガイドフィン
２６ 第一プロペラブラケットアーム
２７ 第二プロペラブラケットアーム
２８ プロペラ上方回転側
２９ プロペラ下方回転側
３０ ガイドフィン
３２ａ 吸引面
３２ｂ 圧力面
３２ｃ 上流側の面
３２ｄ 下流側の面
３３ 回転方向
３４ 垂直中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用ノズルプロペラ、特に、沖合航行用船舶、タグボート及び内陸航行用船舶、即ち、プロペラを包含する固定された非回転式ノズルとフィンシステムとを有する船舶のためのノズルプロペラに関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプのノズルプロペラは、日常使用される言葉で「スクリュープロペラ」とも呼ばれる、ノズルに収納されて固定されたプロペラを更に含んでいる。船、特に船舶の駆動ユニットは、ノズルリングとして構成されたノズルによって包囲されるか又は収納されるプロペラを含んでおり、前記駆動ユニットはノズルプロペラと呼ばれている。このタイプのノズルリングは、「コルトノズル（Ｋｏｒｔ ｎｏｚｚｌｅ）」とも呼ばれている。
【０００３】
ノズルの内部に配置される前記プロペラは、この場合には、固定されるように構成される。原理的には、先行技術の中には、プロペラを包囲するノズルが固定されるように構成されるノズルプロペラがある。ノズルが固定されているこの種のノズルプロペラにおいては、プロペラの後流中に、即ち、船舶の進行方向に見て前記ノズルプロペラの後側に、追加の機動装置特に舵を設けなければならない。
【０００４】
更に、先行技術のノズルプロペラの中には、ノズルの内部に固定配置されたプロペラの周りを前記ノズルが回転可能であるものが、知られている。このような回転可能なノズルプロペラは、舵などの追加の機動装置を随意省くことができるようにして船舶を制御するのに使用できる。
【０００５】
本発明は主として、ノズルが固定されているノズルプロペラに関するものであり、ノズルが回転可能であるノズルプロペラに関するものではない。
【０００６】
ノズル又はノズルリングは、駆動推進力を高める機能を有している。この点に関しては、このようなノズルプロペラは、それぞれ高い推進力を発揮しなければならないタグボートや補給船などに使用されることが多い。
【０００７】
ノズルリングとして構成されたノズルは、この場合には通常、前記ノズルの壁部を形成する円錐状のテーパーの付いた管である。船舶の後方に向かって前記管が細くなるために、前記ノズルプロペラは、エンジンの性能を高める必要もなく、更なる推進力を船舶に移すことができる。
【０００８】
推進力を向上させる特性に加えて、更に、航行中の縦揺れがこの手段により軽減されるので、荒波においては、速度の低下が低減され、針路の安定性を高めることができる。前記ノズルプロペラ、又はコルトノズルに固有の抵抗は、船舶の速力が増加するにつれて略二次的に増加するので、これら利点は、大きなプロペラ推進力を発生させなければならない低速船舶（タグボート、漁船など）において特に有効である。
【０００９】
船舶用ノズルプロペラは、特許文献１から公知である。このシステムには、いわゆるコルトノズルが設けられている。しかし、一般的なノズルプロペラとは対照的に、前記コルトノズルは、固定されるのではなく、ラダーポストによってプロペラの周りを回動し得るように構成されている。
【００１０】
舵の働きを高めるために、水平方向と垂直方向に並べられたフィンが、コルトノズルの主要な流れ方向に見てプロペラの後ろに配置されている。回転可能な又は回動可能なコルトノズルが逆回転するときに前記コルトノズルの舵の働きを同様に高めるために、２つのフィンがプロペラの前に設けられている。前記２つのフィンは、ノズルに取り付けられて該ノズルの内部へと突出しており、断面図において見られるように、対向するようにして前記ノズルプロペラの垂直中心軸上に各々配置されている。
【００１１】
単一又は複数のスクリューを有する内陸航行用船舶における流れに作用するためのガイド装置は、特許文献２から公知である。プロペラ軸の下側に垂直に位置する比較的大きな予渦流式のフィン又はガイドフィンを１つと、現行のプロペラブラケットアームを２つ含む配置構成を開示している。前記尾面の差し入れ端部の傾斜角度が固定面に対して少なくとも２０°であることが記載されている。
【００１２】
流れ中にプロペラが円を描く面の実質的な領域においては、前記単一の尾面が、プロペラ前方の予渦流としてのその回転方向とは反対の周方向の成分を発生させるために、プロペラが活発に作動してより好ましく、そして前記プロペラが回転している間には、該プロペラにはより一様に負荷がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】ＵＳ ２，１３９，５９４
【特許文献２】ＤＤ ２６７ ３８３ Ａ３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、同じエンジン出力であっても、公知のノズルプロペラに比べて速力の増加や引き綱を引く力の増強を可能にする冒頭に記載したタイプのノズルプロペラを提供することである。より多くの水がスクリュープロペラ全体に、より好適に流動的に案内されることが更に達成される。そのため、同じエンジン出力であっても燃料を節約することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
プロペラ流の方向において前記プロペラの前に配置されている１つ、又は複数の（予渦流）ガイドフィンを含み、且つ、ノズルプロペラのプロペラの下方回転側よりも上方回転側に、より多くのガイドフィンが配置されているフィンシステムによって、本発明の目的は達成される。
【００１６】
ノズルプロペラ、特にコルトノズルのための「予渦流」フィンシステムが、引き綱を引く力を増強するのに特に好適であり、前記ガイドフィンの上記配置構成において特に好適であるという発見に、本発明は基づいている。前記フィンシステムのガイドフィンのこのような配置構成の結果、引き綱を引く力を１０％増強させること、即ち、１０％まで出力を節約することが達成される。
【００１７】
前記用語、「ノズルプロペラのプロペラの上方回転側」は、前方推進時においてプロペラが断面図において下から上に回転している、ノズルプロペラの側であることと解釈する。従って、ノズルプロペラのプロペラの下方回転側では、プロペラは上から下に回転している。これに関して、断面図に示されているように、仮想的な内部垂直中心線によって、プロペラの上方回転側と下方回転側に分割される。
【００１８】
この場合においては、前記フィンシステムを形成するガイドフィンは、前記ノズルプロペラ上に配置されていてプロペラ流に作用するステーターの意味での流れ案内面である。前記ガイドフィンは、通常、ノズルプロペラ上に固定配置される。前記プロペラの上方回転側でのガイドフィンの配置は、断面図において、ガイドフィン、又は、少なくとも実質的には前記ガイドフィンの一部分が、前記ノズルプロペラのプロペラの上方回転側に配置されるというように解釈すべきである。同じことが、プロペラの下方回転側にも同様に適用される。
【００１９】
プロペラへの流れは、船舶の船体によって乱される。従って、前記プロペラの後流域における前記プロペラの後方において、流れのねじれが、その前方にガイドフィンが位置していないプロペラと比べてより小さく発生するように、前記プロペラの位置を調整して、該プロペラの前方にガイドフィンを配置すれば、前記ガイドフィンにより渦が生成される。
【００２０】
ところで、もしノズルプロペラのプロペラの下方回転側よりも上方回転側に少なくとも１つでも多くガイドフィンを配置すれば、驚くべきことに、プロペラの後流におけるねじれは、特に小さいことが判明した。本発明に従うフィンシステムは、１つ以上のガイドフィンを含んでいるので、本発明に従うフィンシステムの最小の配置は、前記プロペラの上方回転側にはガイドフィンを１つ配置して前記プロペラの下方回転側にはガイドフィンを１つも配置しないようにすることである。この最小のフィンシステムでは、前記１つのガイドフィンは、前記プロペラの上方回転側に完全にまるごと配置されるべきである。
【００２１】
前記プロペラの上方回転側と下方回転側との間、即ちノズルプロペラの縦軸に関しての垂直中心線上に配置されるガイドフィンは、この場合には、本発明に従って、（前記プロペラの上方回転側及び下方回転側の）どちらの側にも配置されていないとみなされるか、又はどちらの側にも配置されているとみなされるかの何れかである。もし、１つのガイドフィンが、一側に完全にではなくて一側の主部分に配置されるように任意に配置されるのであれば、本発明の目的のために、１つのガイドフィンはこの側に属させる。
【００２２】
同時に、前記ガイドフィン、又はフィンは、純粋のノズルプロペラに異物が入り込むのを防ぐために単に意図された保護グリッドなどのノズルプロペラのための単なる保護装置と区別すべきである。ノズルプロペラのための単なる保護装置とは異なり、ガイドフィン又はフィンは、流れに大きく影響を及ぼす、流れガイド面である。
【００２３】
フィンシステムを構成するガイドフィンは、前記ノズルプロペラの領域に配置される。便宜上、前記ガイドフィンは、前記ノズルプロペラのノズルの内側に少なくとも部分的に配置される。
【００２４】
本発明は、エンジン出力が同じままで、速力や引き綱を引く力を高めることが可能であるという利点を有している。その結果、高い効率が得られる。
【００２５】
速力が同じままで、更に、引き綱を引く力も同じままで、必要なエンジン出力を減らすことが可能であることも、実際的に意義がある。その結果、エンジンの燃料コスト及び購買コストを節約することができる。
【００２６】
更に、前記フィンシステムにより予め渦流を発生させる結果として、このプロペラノズルガイドフィンシステムの、全体としてより高い効率が達成される。
【００２７】
より多くの水が、流体的により好ましい方法で、スクリュープロペラ全体に、又はプロペラ全体に案内されるので、同じエンジン出力であっても、１０％までの燃料を節約できる。
【００２８】
本発明は、水深が浅い場合にも使用でき、更に、異物による損傷からプロペラを保護することができる。
【００２９】
前記プロペラ上方回転側及び前記プロペラ下方回転側でのガイドフィンの前記配置分布とは別に、又は該分布に追加的に、前記ガイドフィンが非対称なフィンシステムを構成するように、前記フィンシステムのガイドフィンを配置することもできる。この場合に、プロペラシャフト軸に対するガイドフィンの角度配置に対して、及び輪郭長、輪郭断面、又は他の別の量のようなガイドフィンの寸法に対して、又はそれらのうちのいずれか一方に対して非対称となるようにする。
【００３０】
プロペラシャフト軸に対する角度配置に関して非対称となるようにした場合、プロペラ軸から径方向に見た場合の個々のガイドフィンの軸の間で、一様でない角度分割を行っている。前記ノズルプロペラの垂直中心軸を、前記ノズルプロペラの断面図における対称軸としてとれば、非対称配置を行うことも可能である。同時に、この対称軸は、前記ノズルプロペラのプロペラ上方回転側とプロペラ下方回転側とに分割する。これにより、構成配置が容易である方法で特に有効なフィンシステムが得られる。ほとんどの場合には、前記プロペラ下方回転側よりも前記プロペラ上方回転側にガイドフィンをより多く配置したフィンシステムも、非対称なものとなる。
【００３１】
本発明の更なる好適な構成においては、各ガイドフィンが、その一端でノズルの内壁表面に固定され且つその他端で船尾管又はシャフトベアリングに取り付けられるステーターを、形成するようにして設けられる。前記シャフトベアリングは、前記プロペラシャフトを取り付けるために構成されており、便宜上、前記プロペラの近くに配置されている。前記シャフトベアリングは、例えば、いわゆる「船尾管」によって形成できる。
【００３２】
本実施例では、ガイドフィンは、シャフトベアリングとノズル内壁との間に設けられて固定されたステーターとして、それぞれ構成されている。シャフトベアリングとの連結、又はノズルとの連結は、先行技術から公知の適切な接合技術、特に溶接により行うことができる。前記ノズル内壁に固定するための別の、又は追加的な方法としては、ノズル前方側に留め具を設けることもできる。
【００３３】
前記ガイドフィンが、前記ノズルプロペラ、又はノズルの内側の空間の中に、完全に含まれて配置されていれば更に好適である。原理的には、ガイドフィンの一部分を前記ノズルの内側の空間の外に配置することは可能である。しかし、本出願人により行われた実験により、ほとんどの適用状況では、前記ノズルにより囲まれた空間内部にガイドフィンが完全に含まれる配置は、流体的に好ましいことが明らかとなった。
【００３４】
既に記載したように、原理的には、前記フィンシステムは、最低で、前記プロペラ上方回転側に完全に配置されるガイドフィンを唯一つ含むようにすることが可能である。しかし、便宜上、各フィンシステムは、少なくとも３つのガイドフィンを有していることとする。好適には、これらの内、少なくとも２つのガイドフィンを、前記プロペラ上方回転側に配置する。
【００３５】
本発明の好適実施例は、フィンシステムが３〜７つのガイドフィンを有しており、この場合、２〜４つのガイドフィンを前記プロペラ上方回転側に配置して、１〜３つのガイドフィンを前記プロペラ下方回転側に配置する、という構成に基づいている。
【００３６】
各ガイドフィンが、外側に向かって湾曲させた吸引面と、広範囲にわたって平坦な圧力面とを有していれば、流体的に非常に好ましい。これは、飛行機の翼に使用されているような、標準的な揚力面となる。
【００３７】
また、複数のガイドフィンを使用すれば、ガイドフィンの断面形状を相違させることができる。この方法により、ノズルの内側の流れを更に最適にすることができる。
【００３８】
また、前記ガイドフィンが、前記プロペラ軸に対する迎え角が異なるように配置されれば好適である。この場合には、予渦流の最適化も可能である。
【００３９】
本発明は、単一のプロペラを有するシステムに適用できる。しかし、複数のプロペラを有するシステムに適用すれば、特に好適である。そのような複数のプロペラを有するシステムは、回転方向が互いに反対である隣接配置された２つのノズルプロペラを含んでいることが多い。従って、２つのノズルプロペラのフィンシステムは、互いに対して鏡面対称に配置できる。
【００４０】
本発明の更なる特に好適な実施例においては、予渦流を生成するために使用されるように構成されたプロペラブラケットアームが設けられている。この手段により、推進力の更なる改善が達成される。プロペラブラケットアームは、船尾管又はノズルプロペラを保持するために通常構成されており、船体にしっかりと連結されている。
【００４１】
本発明の実施例では、前記プロペラブラケットアームの少なくとも一部の領域、特に、流れ方向に見てノズルの内側に配置されるような一部の領域を、本発明の意味でのガイドフィンとして構成できる。前記プロペラブラケットアームの残りの部分は、相違するように構成させることが可能であり、例えば、互いに相違する輪郭を有するようにすることもできる。しかし、原理的には、プロペラブラケットアームに、全体的に同じであるように輪郭を持たせ、更に前記プロペラ軸に対して同じ迎え角を持たせることは可能である。ノズルプロペラを保持するためにいずれにせよ設けられるプロペラブラケットアームがガイドフィンとして使用されるので、この方法により、本発明の構成は更に簡略化される。
【００４２】
本発明に従うノズルプロペラを、沖合航行用船舶、タグボート、又は内陸航行用船舶に使用することは特に好適である。これら船舶においては、好ましくは、船尾領域において２つのノズルが隣接して配置されている。ノズルプロペラは、内陸航行用船舶に特に使用され、そのため本発明は当該船舶にも適している。
【００４３】
本発明の好適実施例を、図面を参照して詳細に説明し、本発明の更なる好適な構成及び利点を記載する。以下の図面は概略的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ノズルプロペラの断面図を示す。
【図２】１つのノズルプロペラにつき３つのガイドフィンを設けた多プロペラ配置を示す。
【図３】１つのノズルプロペラにつき７つのガイドフィンを設けた外方へ作用する多プロペラ配置を示す。
【図４】ガイドフィンの断面図を示す。
【図５】ガイドフィンの横断面を示した別のノズルプロペラの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は、船舶用、特に内陸航行用船舶又はタグボート用ノズルプロペラ１００を示している。ノズルプロペラ１００は、以下に詳述されるフィンシステムと固定ノズル１０を備えており、この固定ノズルは、引き綱を引く力を高めるための、いわゆるコルトノズルとして構成されている。コルトノズルそれ自体は、例えば特許文献１から公知であるので、詳細には説明しない。
【００４６】
図１は、ノズルプロペラ１００を通る長手方向の断面図（縦断面）を示している。明確にするために、ノズルプロペラの上半部分の構成配置のみを示している。
【００４７】
ノズルプロペラ１００は、スクリュー即ちプロペラ１２を含み、そのプロペラシャフト１１は、船尾管として構成されているシャフトベアリング１３に装架されている。ガイドフィン１４は図１に示されている。前記ガイドフィンは、プロペラ１２で予渦流を生成するように構成されていて、（予渦流）ガイドフィン１４又はフィンとして称呼されるようになっている。「ガイドフィン」又は「ガイド表面」という称呼は、「フィン」に対しても使用される。「ノズル予渦流フィン」という称呼も可能である。プロペラ１２も「スクリュープロペラ」と称され得る。
【００４８】
前記（予渦流）ガイドフィン１４を、流れ方向において、プロペラ１２の前方に配置する。図１に示されているように、前記（予渦流）ガイドフィン１４は、その一端部１５がノズル１０の内壁面に固定され、その他端部１６がシャフトベアリング１３に固定される。
【００４９】
図１は、前記（予渦流）ガイドフィン１４が第一部分１４ａを通じて前記ノズルの内部空間にどのようにして延びているのか、そして第二部分１４ｂを通じて前記ノズル１０の外側へどのようにして突出しているのかも示している。図１の縦断面図においては、前記ガイドフィン１４は、前記内側の部分１４ａで終わる実質的に垂直に延びた内部縁部と、上から下に移るにつれて外側に向かって傾斜して延びている外部縁部とを有している。前記外部縁部は、前記ノズル１０の外側に位置する前記外側の部分１４ｂで終わっている。そして、前記ガイドフィン１４は、その上部がノズル１０の前側縁部分に接している。
【００５０】
前記ガイドフィン１４は、幅広側が、略プロペラ流の方向、即ち、略プロペラ軸方向に延びるように配置されており、前記ガイドフィン１４の幅狭側前部が流れ中に実質的に置かれるようになっている。前記プロペラシャフト１１に対する前記ガイドフィン１４の迎え角に応じて、前記ガイドフィン１４の２つの平坦面は、多かれ少なかれ流れの中に置かれる。
【００５１】
図２は、ノズルプロペラ１００が、船体２０のＡ側のために、複数の特に３枚の（予渦流）ガイドフィン１７ａ、１８ａ、及び１９ａを有するフィンシステムを備えた、船舶の船体２０を示している。船体２０のＢ側では、別のノズルプロペラ１００に、同様に、３つの（予渦流）ガイドフィン１７ｂ、１８ｂ、及び１９ｂが設けられている。このシステムは、２つのプロペラを有するシステムとして構成され、従って、マルチプロペラシステムのグループに属する。
【００５２】
前記３つのガイドフィン１７ａ、１８ａ、及び１９ａは、２つのガイドフィン１７ａ、１８ａがプロペラ上方回転側２８に配置され、１つのガイドフィン１９ａがプロペラ下方回転側２９に配置されるように、配置されている。Ａ側及びＢ側両方のプロペラにおいて、参照数字３３の矢印を設けて、船舶２０の前進中、ノズルプロペラ又はプロペラ１２のそれぞれの回転方向を矢印３３により示している。プロペラ１２は両方とも内側から外側へと回転している。即ち、Ａ側のプロペラ１２は反時計回りに回転している一方で、Ｂ側のプロペラ１２は時計回りに回転している。
【００５３】
更に、各ノズルプロペラ１００には、垂直中心軸３４が示されている。垂直中心軸３４は各々、ノズルプロペラ１００の中心を通って延びており、ノズルプロペラ１００をプロペラ上方回転側２８とプロペラ下方回転側２９とに分けている。２つのノズルプロペラ１００の回転方向３３は互いに反対であるので、各プロペラ上方回転側２８は中心に面して配置される一方、各プロペラ下方回転側２９は外側に位置している。従って、プロペラ上方回転側２８及びプロペラ下方回転側２９は両方とも、ノズルプロペラ１００の半分の部分により形成される。
【００５４】
個々のガイドフィン１７ａ、１８ａ、１９ａ、又は１７ｂ、１８ｂ、１９ｂはそれぞれ、シャフトベアリング１３の外面からノズル１０の内側、即ちノズル１０の内壁面へと延びている。図２に示されている図解においては、２枚のガイドフィンは、プロペラ上方回転側２８中に完全に位置するように各ノズルプロペラ１００に配置されている。同様に、何れの場合も、３つ目のガイドフィンはプロペラ下方回転側２９中に完全に位置せしめられている。ガイドフィン１７ａ、１８ａ、１９ａ、又は１７ｂ、１８ｂ、１９ｂをこのように配置すれば、プロペラの前方の流れにおいて渦が好ましく生じて、これによって今度はプロペラの後方の流れの小さなねじれが生成される。
【００５５】
ガイドフィン１７ａ、１８ａ、１９ａ、１７ｂ、１８ｂ、及び１９ｂは、それらの幅狭側が図２の横断面で見られ得るように、即ち、それらの幅広面が、プロペラ流の方向、即ちノズルプロペラの長手方向に実質的に沿うように、配置されている。図示されたガイドフィン（１７ａ、１８ａ、１９ａ、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ）の長さは、全て略同じである。
【００５６】
（予渦流）ガイドフィン１７ａ、１８ａ、１９ａ、又は１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、即ち、Ａ側及びＢ側の両方のガイドフィンは更に、非対称のフィンシステムを形成するように配置されている。垂直中心軸３４を対称軸として用いて、プロペラ上方回転側２８に配置するガイドフィンの数をプロペラ下方回転側２９に配置するガイドフィンの数と異ならせることにより、この非対称は得られる。更に、ガイドフィン１７ａ〜１９ａの間の角度分配は等分配ではなく、また、ガイドフィン１７ｂ〜１９ｂの間の角度分配も等分配ではない。従って、例えば、Ａ側のノズルプロペラ１００において、プロペラ軸でのこれらガイドフィンの交点に関して、ガイドフィン１７ａと１８ａとの間の角度は、ガイドフィン１７ａと１９ａとの間の角度、及びガイドフィン１８ａと１９ｂとの間の角度よりも著しく小さい。Ｂ側のノズルプロペラ１００においても同様の状況となっている。
【００５７】
図３は、７つのガイドフィン２１〜２７を有するプロペラを２つ備えたプロペラシステムの別の例を示している。ここでは、簡略にするために、Ａ側においてのみ引用符号を付けている。Ｂ側のノズルプロペラ１００の構成は、Ａ側の構成に従っている。ガイドフィン２１及び２２の２つはプロペラ下方回転側に配置されている一方で、ガイドフィン２４、２５、及び２７の３つはプロペラ上方回転側に配置されている。更に、ガイドフィン２３及び２６は、実質的に垂直中心軸３４に沿って一直線上に配置されている。即ち、ガイドフィン２６は、シャフトベアリング１３から垂直に上方にノズル壁まで延びており、ガイドフィン２３は、シャフトベアリング１３から垂直に下方にノズル壁まで延びている。
【００５８】
従って、前記２つのガイドフィン２３及び２６のうちの一方はプロペラ上方回転側２８に、他方はプロペラ下方回転側２９に、それぞれ割り当てられる。そのため、合計４つのガイドフィンがプロペラ上方回転側２８に配置されており、合計３つのガイドフィンがプロペラ下方回転側２９に配置されている。原理的には、ガイドフィン２３及び２６を、前記２つの回転側のどちらにも割り当てなくすることもでき、この場合、プロペラ上方回転側２８に配置されるガイドフィンは３つとなり、プロペラ下方回転側２９に配置されるガイドフィンは２つとなる。ここで唯一重要なことは、各場合において、プロペラ上方回転側２８に１つでも多くガイドフィンを配置することである。
【００５９】
ガイドフィン２６及び２７は、シャフトベアリング１３を船体２０に連結するプロペラブラケットアームとしての機能を、追加的に果たしている。ノズル１０の外側で、プロペラブラケットアーム２６及び２７は、ガイドフィンとしての輪郭を必ずしも備える必要はない。しかし、ノズル１０の内側では、ガイドフィンとしての輪郭をその全長にわたって形成している。前記ガイドフィンを全て、流れ方向におけるプロペラ１２の前方に配置していることは、図２及び３において確認できる。
【００６０】
図１〜３に示されているガイドフィン１４、１７ａ、１８ａ、１９ａ、又は１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ、２１〜２４、及び２６、２７は、異なる断面輪郭を有することができる。
【００６１】
通常、各予渦流ガイドフィンは、プロペラ長手方向軸に対して、異なる迎え角を有している。
【００６２】
上記したシステムは、流れの中でプロペラが円を描く領域の実質的範囲において、プロペラの前方の予渦流として、円周方向の成分が、プロペラの回転方向とは反対の方向に発生するという原理に基づいて、作用する。このため、プロペラはより好適に活発に作動して、プロペラが回転している間は、プロペラはより一様に流れを受ける。
【００６３】
このシステムは、上記した実施例に限定されるものではなく、タグボートや沖合航行用船舶の固定ノズルの前方に予渦流を発生させて引き綱を引く力と速力とを高めるための別のシステムもまた可能である。
【００６４】
上記実施例の一つが有する特徴のうちの一つを別の上記実施例が有する別の特徴と組み合わせることも可能である。これは、特に、図３に記載のプロペラブラケットアームの配置に適用される。
【００６５】
非対称とは、３つのフィンの場合においては、これらフィンが１２０°の一様な角度の分配で配置されてはいないということを意味する。４つのフィンの場合においては、前記４つのフィンの角度分配が９０°からずれている、などである。
【００６６】
図４は、本発明に従うノズルプロペラのフィンシステムに使用可能なガイドフィン３２の一例の断面図を示す。ガイドフィン３２は、図４の上部に位置する湾曲した吸引面３２ａと、これに対向して位置している実質的に平坦な圧力面３２ｂとを有している。円形面３２ｃは、ノズルプロペラに設置された状態では、流れの中に置かれる。即ち、前記円形面は上流側に配置される一方で、略点状面３２ｄはプロペラの下流側に配置される。
【００６７】
図５は、図１に示された実施例に実質的に対応するノズルプロペラの更に別の好適実施例の断面図を示している。図１とは異なり、図５に示されている好適実施例においては、ガイドフィン１４がノズル１０又はノズルリングよって囲まれた空間、即ちノズル１０の内側の空間に完全に含まれて配置されていて、ノズル１０から突き出る部分、即ちノズル１０を超えて突き出る部分を有していないようにして、前記ガイドフィン１４を構成している。この点に関して、図５の側面図におけるガイドフィン１４の前側の縁及び後側の縁は、互いに平行に配置されており、ガイドフィン１４の前側の縁はノズル１０の前側の縁と略同一の平面上で終わっている。
【００６８】
更に、図５は、別のガイドフィン１４ａの断面図を概略的に示している。ガイドフィン１４ａは、同様に、ノズル１０の内側の空間の内部に配置されており、図５の図面ではプロペラシャフトの長手方向軸１８と交差せしめられている。
【００６９】
ガイドフィン１４ａの横断面の輪郭は、前記プロペラシャフト軸に対して傾斜して位置していることがわかる。この状況を説明するために、ガイドフィン１４ａの横断面の輪郭が、改めてノズルプロペラ１００の右側に、特にプロペラシャフト軸１８に関して同じ位置に別に示されている。更に、迎え角αで前記プロペラシャフトの軸と交差する中心線１９を、ガイドフィン１４ａの別に示した前記横断面の輪郭に貫通させている。
【００７０】
本発明の好適実施例においては、これら迎え角αを、ノズルプロペラ１００の異なるガイドフィンに応じて変化させる。そのため、最適な迎え角αをガイドフィンそれぞれの位置に応じて定めることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１００ ノズルプロペラ
１０ ノズル
１１ プロペラシャフト
１２ プロペラ
１３ シャフトベアリング
１４，１４ａ 予渦流ガイドフィン
１５ 予渦流ガイドフィンの外側端部
１６ 予渦流ガイドフィンの内側端部
１７ａ，１８ａ，１９ａ Ａ側の予渦流ガイドフィン
１７ｂ，１８ｂ，１９ｂ Ｂ側の予渦流ガイドフィン
１８ プロペラシャフト軸
１９ ガイドフィンの中心線
２０ 船体
２１〜２５ ガイドフィン
２６ 第一プロペラブラケットアーム
２７ 第二プロペラブラケットアーム
２８ プロペラ上方回転側
２９ プロペラ下方回転側
３０ ガイドフィン
３２ａ 吸引面
３２ｂ 圧力面
３２ｃ 上流側の面
３２ｄ 下流側の面
３３ 回転方向
３４ 垂直中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィンシステムと、固定ノズル（１０）と、プロペラ（１２）とを含み、前記プロペラ（１２）は前記固定ノズル（１０）の内部に配置され、前記フィンシステムは流れ方向において前記プロペラ１２の前方に配置されたガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）を１つ以上含んでおり、且つ、前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）はノズルプロペラ（１００）のプロペラ下方回転側（２９）よりも前記ノズルプロペラ（１００）のプロペラ上方回転側（２８）により多くの前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）が設置されように配置されており、且つ/又は、前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は非対称のフィンシステムを構成するように配置されている、船舶、特に、沖合航行用船舶、タグボート及び内陸航行用船舶のためのノズルプロペラ（１００）。
【請求項２】
各ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は、前記ノズル（１０）の内壁面にその一端が固定され、且つ、前記プロペラ（１２）のプロペラシャフト（１１）を取り付けるために構成されたシャフトベアリング（１３）、特に船尾管にその他端部が固定されているステーターを、形成していることを特徴とする、請求項１に記載のノズルプロペラ。
【請求項３】
前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は、前記ノズル（１０）の内部空間内に完全に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のノズルプロペラ。
【請求項４】
前記ノズルプロペラ（１００）は、少なくとも３つ、好ましくは３〜７枚のガイドフィン（１７，１８，１９）を含んでいることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項５】
前記プロペラ上方回転側（２９）に、２〜４枚のガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）が配置され、前記プロペラ下方回転側（２９）に、１〜３枚のガイドフィンが配置されていることを特徴とする、請求項４に記載のノズルプロペラ。
【請求項６】
前記フィンシステムが、ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）を奇数枚含んでいることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項７】
前記プロペラ（１００）は、３枚のガイドフィン（１７，１８，１９）を含み、第一及び第二のガイドフィン（１７，１８）は、互いに５０°〜１１０°、好ましくは、６０°〜１００°、特に好ましくは７０°〜９０°の角度をなして配置されており、更に、第一及び第二ガイドフィン（１７，１８）は各々第三のガイドフィン（１９）と１２５°〜１５５°、好ましくは、１３０°〜１５０°、特に好ましくは１３５°〜１４５°の角度をなしていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項８】
前記ノズルプロペラ（１００）は、４枚のガイドフィン（２１，２２，２３，２４）を含み、前記４枚のガイドフィン（２１，２２，２３，２４）は全て、約１８０°の角度範囲内で、特に、前記ノズルプロペラ（１００）のプロペラ上方回転側（２８）に全部配置されていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項９】
前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は各々、外側へ湾曲した、特に丸みを帯びた円弧状の吸引面（３０）と、実質的に平坦な圧力面（３１）と、を有していることを特徴とする、請求項１乃至８の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１０】
前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は、異なる断面形状を有していることを特徴とする、請求項１乃至９の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１１】
前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は、前記プロペラ軸に対して放射状に異なる迎え角（α）で配置されていることを特徴とする、請求項１乃至１０の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１２】
複数のプロペラを備えたシステムとして構成されていることを特徴とする、請求項１乃至１１の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１３】
前記ノズル（１０）がコルトノズルとして構成されていることを特徴とする、請求項１乃至１２の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１４】
ガイドフィンとして構成された部分領域を少なくともそれぞれ１つ有している、１つ以上のプロペラブラケットアーム（２６，２７）を備えていることを特徴とする、請求項１乃至１３の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか一つに記載のノズルプロペラを１つ以上備えている、船舶、特に、沖合航行用船舶、タグボート、又は内陸航行用船舶。
【請求項１】
フィンシステムと、固定ノズル（１０）と、プロペラ（１２）とを含み、前記プロペラ（１２）は前記固定ノズル（１０）の内部に配置され、前記フィンシステムは流れ方向において前記プロペラ１２の前方に配置されたガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）を１つ以上含んでおり、且つ、前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）はノズルプロペラ（１００）のプロペラ下方回転側（２９）よりも前記ノズルプロペラ（１００）のプロペラ上方回転側（２８）により多くの前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）が設置されように配置されており、且つ/又は、前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は非対称のフィンシステムを構成するように配置されている、船舶、特に、沖合航行用船舶、タグボート及び内陸航行用船舶のためのノズルプロペラ（１００）。
【請求項２】
各ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は、前記ノズル（１０）の内壁面にその一端が固定され、且つ、前記プロペラ（１２）のプロペラシャフト（１１）を取り付けるために構成されたシャフトベアリング（１３）、特に船尾管にその他端部が固定されているステーターを、形成していることを特徴とする、請求項１に記載のノズルプロペラ。
【請求項３】
前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は、前記ノズル（１０）の内部空間内に完全に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のノズルプロペラ。
【請求項４】
前記ノズルプロペラ（１００）は、少なくとも３つ、好ましくは３〜７枚のガイドフィン（１７，１８，１９）を含んでいることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項５】
前記プロペラ上方回転側（２９）に、２〜４枚のガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）が配置され、前記プロペラ下方回転側（２９）に、１〜３枚のガイドフィンが配置されていることを特徴とする、請求項４に記載のノズルプロペラ。
【請求項６】
前記フィンシステムが、ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）を奇数枚含んでいることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項７】
前記プロペラ（１００）は、３枚のガイドフィン（１７，１８，１９）を含み、第一及び第二のガイドフィン（１７，１８）は、互いに５０°〜１１０°、好ましくは、６０°〜１００°、特に好ましくは７０°〜９０°の角度をなして配置されており、更に、第一及び第二ガイドフィン（１７，１８）は各々第三のガイドフィン（１９）と１２５°〜１５５°、好ましくは、１３０°〜１５０°、特に好ましくは１３５°〜１４５°の角度をなしていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項８】
前記ノズルプロペラ（１００）は、４枚のガイドフィン（２１，２２，２３，２４）を含み、前記４枚のガイドフィン（２１，２２，２３，２４）は全て、約１８０°の角度範囲内で、特に、前記ノズルプロペラ（１００）のプロペラ上方回転側（２８）に全部配置されていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項９】
前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は各々、外側へ湾曲した、特に丸みを帯びた円弧状の吸引面（３０）と、実質的に平坦な圧力面（３１）と、を有していることを特徴とする、請求項１乃至８の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１０】
前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は、異なる断面形状を有していることを特徴とする、請求項１乃至９の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１１】
前記ガイドフィン（１４，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７）は、前記プロペラ軸に対して放射状に異なる迎え角（α）で配置されていることを特徴とする、請求項１乃至１０の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１２】
複数のプロペラを備えたシステムとして構成されていることを特徴とする、請求項１乃至１１の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１３】
前記ノズル（１０）がコルトノズルとして構成されていることを特徴とする、請求項１乃至１２の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１４】
ガイドフィンとして構成された部分領域を少なくともそれぞれ１つ有している、１つ以上のプロペラブラケットアーム（２６，２７）を備えていることを特徴とする、請求項１乃至１３の何れか一つに記載のノズルプロペラ。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか一つに記載のノズルプロペラを１つ以上備えている、船舶、特に、沖合航行用船舶、タグボート、又は内陸航行用船舶。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２５９１８（Ｐ２０１１−２５９１８Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１６２９５０（Ｐ２０１０−１６２９５０）
【出願日】平成２２年７月２０日（２０１０．７．２０）
【出願人】（５１００８７８８５）ベッケル、マリネ、システムズ、ゲーエムベーハー、ウント、コムパニ、カーゲー (5)
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６２９５０（Ｐ２０１０−１６２９５０）
【出願日】平成２２年７月２０日（２０１０．７．２０）
【出願人】（５１００８７８８５）ベッケル、マリネ、システムズ、ゲーエムベーハー、ウント、コムパニ、カーゲー (5)
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