かごしま丸のプロペラ翼換装結果について III : 船体振動・燃料消費量・速力への影響

かごしま丸のプロペラ翼換装結果について III :

船体振動・燃料消費量・速力への影響

著者

関岡 幹尚, 田中 久雄, 島里 錠次, 宮原 圭一

雑誌名

鹿児島大学水産学部紀要=Memoirs of Faculty of

Fisheries Kagoshima University

巻

40

ページ

157-164

別言語のタイトル

Comparative Study on the Utility of Highly

Skewed Propeller in Kagoshima-Maru III : The

Effect of Highly Skewed Propeller on Hull

Vibrations, Fuel Consumption and Ship-speed

かごしま丸のプロペラ翼換装結果について−Ⅲ

− 船 体 振 動 ・ 燃 料 消 費 量 ・ 速 力 へ の 影 響 一

関岡幹尚，田中久雄，島里錠次，宮原圭一

ComparativeStudyontheUtilityofHighlySkewed

PropellerinKagoshiｍａ−Ｍａｒｕ−Ⅲ

ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＨｉｇｈｌｙＳｋｅｗｅｄＰｒｏｐｅｌｌｅｒｏｎＨｕｌｌＶｉｂｒａｔｉｏｎｓ，

FuelConsumptionandShip-speed

MikihisaSekiokaiHisaoTanak鉱JojiShimazato1KeiichiMiyahara＊

KGyuﾉords：highlyskewedpropellerblade（ＨＳＢ)，conventionalpropellerblade（ＣＢ）

hullvibration，fuelconsumption，ship-speed Abstract ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｃｏｎｆｉｒｍｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆＨｉｇhlySkewedPropellerBlade，ｌｏｎｇtermtests werecarriedouttoinvesｔｉｇａｔｅｃｈａｎｇｅｓｏｎｈｕｌｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ，ｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，and ship-speed，ｎｏｔｏｎｌｙａｔａｃｒｕｓｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｂｕｔａｌｓｏａｔｖａｒｉｏｕｓｓｐｅｅｄ，byreplacing propellerblades・ Ｔｈｅｒｅsｕｌｔｓｏｆｔｈｅｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ： １）Verticalvibrationsareeffectivelyreducedatthesternpartofthehu１１． ２）Fuelconsumptionofthemainenginewasreducedbyaboutfourpercent、 ３）Ship-speedwasslightlyraisedsothatsailingdistanceperdaywasslightly pro-longed． 船体振動の軽減に顕著な効果のあるHighlyskewedpropellerは，近年，採用実績が着実

に増え，実船によるCOnVentiOnalPrOPellerとの比較実験の報告'−４)もなされているが，実

験の期間や海域が限られ，また長期間にわたる実験の報告例がない。 かごしま丸は，1987年にプロペラ翼をconventionalblade（ＣＢ）からHighlyskewed blade（ＨＳＢ）に換装し，それぞれの船体振動を計測し比較した５３さらに，主機関の燃料消 ＊ 鹿 児 島 大 学 水 産 学 部 練 習 船 か ご し ま 丸 （TrainingShipKagoshima-Maru，FacultyofFisheries，KagoshimaUniversity，4-50-20 Shimoarata,Kagoshima，８９０Japan）

Ｈ２、

158 〃 費量（以下燃料消費量という）と速力についても計測比較を行った６３ その後1989年にＨＳＢからＣＢに換装し，さらに１年後には，再びＣＢからＨＳＢへの換装 を行い，通常航海時の船体振動，燃料消費量および速力の比較実験を行ったので報告する。 船体振動の比較について，前回の実験では，ＣＢからＨＳＢに換装する直前，および換装し た直後に計測したが，今回は，ＣＢおよびＨＳＢで，それぞれ１年間にわたり計測データを採 取した。また，燃料消費量と速力は，前回の実験では海域を特定し，２４時間ごと５日分のデー タで比較したが，今回は，海域の特定はせず，１時間ごとの計測を行った。 以上のように，今回の実験では，前回の実験に比べて多数のデータを採取し，またその精 度を上げる方法も採用して，過去２回の実験より信頼性の高い数値を求めることを目的とし た。 実 験 概 要 実験船かごしま丸は，1981年に建造された船尾トロール型漁業練習船（中央機関型，一基 一軸）で可変ピッチプロペラを装備している。船体および主機関の要目をTablelに，プロ ペラの要目をTable2に示す。 （１）計測器 振 動 計 リ オ ン Ｆ Ｆ Ｔ シ グ ナ ル ア ナ ラ イ ザ Ｓ Ａ − ７ ７ 振動ピックアップＰＶ−５７ 燃 料 流 量 計 ト キ コ F R A B 8 3 5 B A J ル ー ツ 式 速 力 計 北 辰 電 機 電 磁 ロ グ Ｅ Ｍ Ｌ − １ ２ 軸 馬 力 計 赤 坂 鉄 工 M T P - 2 5 0 S (2)計測方法

振動は，Fig.１に示す計測場所において垂直方向の加速度（平均値）を周波数領域

でＯ∼100Ｈｚの範囲を測定した。また，統計検定のために，９５％信頼区間を求めた。 燃料消費量は１時間あたりの流量を計測し，燃料弁からの戻り油量を差引き，容積

＃

鹿児島大学水産学部紀要第40巻（1991） １，Ｗｈｅｅｌｈｏｕｓｅ；２，Ｔｒａｗｌｒａｍｐ；３，Ｓｔｅｅｒｉｎｇｅｎｇｉｎｅｒｏｏｍ；４，officer，ｓｍｅｓｓｒｏｏｍ； ５，Ｃｒｅｗ'ｓｑｕａｒｔｅｒ；６，Ｅｎｇｉｎｅｒｏｏｍｂｕｌｋｈｅａｄ；７，Sternｔｕｂｅ

流言喜崖二二ゴコ与[二二

Ｆｉｇ．１．Ｌｏｃａｔｉｏｎｓｗｈｅ１０ｅｈｕｌｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄ．

Ｔａｂｌｅ１．Ｐｒｉｎｃｉｐａｌｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｈｕｌｌａ、ｄｍａｉｎｅｎｇｉｎｅｏｆ ｔｈｅＫａｇｏｓｈｉｍａ−Ｍａｒｕ Ｃｌａｓｓ ＬｅｎｇｔｈＢｒｅａｄｔｈ，Ｄｅｐｔｈ Ｄｅｓｉｇｎｅｄｌｏａｄｄｒａｕｇｈｔ Ｂｌｏｃｋｃoefficient Grosstonnage Speed ＨＵＬＬ Fisheriestrainingship 69.27×12.60×５．４５ｍ ４．８０ 0.585 1,292.75ｔ 13.00ｋｔ ＭＡＩＮＥＮＧＩＮＥ Ｔｙｐｅ Ｓｉｎｇｌｅａｃｔｉｎｇ４ｓｔｒｏｋｅｃｙｃｌｅｇｅａｒｅｄｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅ ｗｉｔｈｅｘｈａｕｓｔｇａｓｔｕｒｂｉｎｅ Ｎｕｍｂｅｒｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ６ Ｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒ ３２０ｍｍ Ｌｅｎｇｔｈｏｆｓｔｒｏｋｅ ６４０ｍｍ Ｍａｘｉｍｕｍｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｕｔｐｕｔ 2,200ｐｓ×２８０ｒｐｍ Ｎｏｒｍａｌｏｕｔｐｕｔ ｌ,870ｐｓ×２６５ｒｐｍ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｇｅａｒｒａｔｉｏ ｌ：１．３７ Ｔａｂｌｅ２．Principalspecificationsofpropellersexamined Diameter Pitch Pitchratio Discareａ Ｅｘｐａｎｄｅｄａｒｅａ Ｐｒｏｊｅｃｔｅｄａｒｅａ Ｅｘｐａndedarearatio Projectedarearatiｏ Ｂｏｓｓｒａｔｉｏ Ｂｌａｄｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｒａｔｉｏ Ｎｕｍｂｅｒｏｆｂｌａｄｅｓ Ｒａｋｅａｎｇｌｅ Ｗｅｉｇｈｔ Ｍａtｅｒｉａｌ Ｓｋｅｗａｎｇｌｅ ＣＢ 33,512ｃｎｆ 0.4440 ３，１００ｍｍ 2,170ｍｍ 0.700 75,477cllf 36,984㎡ 0.490 0.289 0.0469 ４ ０ 。 ＨＳＢ 33,533㎡ 0.4443 1,456ｋｇ 1,500ｋｇ ＫＡ１ＢＣ３ 9.3ｏ 45.0ｏ

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160 l ｓ ｔ ２ ｎ ｄ ３ ｒ ｄ ４ ｔ ｈ ユ ｓ ｔ ２ ｎ ｄ ３ ｒ ｄ ４ ｔ ｈ Ｏｒｄｅｒ，ｏｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｂｌａｄｅｒｒｅｑｕｅｎｃｙ 換算および比重換算を行って求めた。また，ＣＢおよびＨＳＢによる燃料消費量につい てｔ検定を行った。 速力（対水）は電磁ログの１時間あたりの積算値から算出した。また，ＣＢおよび ＨＳＢによる速力についてｔ検定を行った。 (3)計測条件 ＣＢおよびＨＳＢによる計測条件をほぼ同じにするため，既報5-6)と同様下記の項目 について考慮した。 １）プロペラ軸回転数，翼角 ２）プロペラおよび船底の汚損の状態 ３）海象 (4)計測日 １）海上試運転時ＣＢ装備1985年10月12日，1986年２月17日，1989年11月８日 ＨＳＢ装備1987年10月３日，1988年10月22日，1990年11月２日 ２）通常航海時ＣＢ装備1989年11月∼1990年11月 ＨＳＢ装備1988年10月∼1989年10月，1990年11月∼1991年７月 Ｆｉｇ．２−１．Ｈｕｌｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆvertical SｔｅｅｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅＲｏｏｍ Crew1sQuarter 胃︶ Ｈ Ｓ Ｂ 角彦四で︶ロＯ﹃Ｐ⑪角の［の○○く

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Q気〆一目谷へ,ごv、 鹿児島大学水産学部紀要第40巻（1991） l ｓ ｔ ２ ｎ ｄ ３ ｒ ｄ ４ t ｈ ｌ ｓ ｔ ２ ｎ ｄ ３ r , ． ４ ｔ ｈ Ｏｒｄｅｒ，ｏｆ、ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ，ｂｌａｄｅｒｒｅｑｕｅｎｃｙ

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Ｆｉｇ．２−２．Ｈｕｌｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆvertical ︵角二四℃︶ロＯ村磐、角①﹃①○○く Ｈ Ｓ Ｂ

7.450 3.609∼１１．２９１

結果および考察

Fig.２は，全速前進時の船体振動加速度のスペクトル図で，操舵機室と部員居住区につい

て例示する。縦軸は振動加速度で，横軸はプロペラ翼による起振周波数の次数で４次までの データを示す。 プロペラ翼と主機関の起振周波数は，きわめて近いところにあり，各次数のピーク値は， 両起振力の合成となるが，ＣＢおよびＨＳＢの計測時における軸出力がほぼ同じであるため， 振動加速度の変化はプロペラの起振力の増減によるものといえる。

Table3は，Fig.１に示す７個所の計測点において，全速前進時に採取した５∼８回のデー

タをプロペラ翼起振周波数の１∼８次について平均し，ＣＢとＨＳＢについて比較したもので Ｔａｂｌｅ３．Ｈｕｌｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｖｅｒｔｉｃａｌａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｐｏｉｎｔｓ ｌ・ＷｈｅｅｌＨｏｕｓｅ _{２．ＴｒａｗｌＲａｍｐ ３．SteeringEng,Ｒｏｏｍ４．０fficer'sMessRoom} Ｎｏｔｅ：Ｕｎｉｔ−ｄＢＶｒＣ、１．−Ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｌｎｔｅｒｖａｌ 5.563 1.093∼10.033 ０．３６３ −０．１０１∼0.827 0.513 0.629∼1.655

５２１９４３１２

●●●●●●●●

００００１０００

Ａｖｅｒａｇｅ Ｃ．Ｉ．

３４

７２９

−２０７−３−

２４３３８

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１２３４５６７

Ｃ Ｂ Ｈ Ｓ Ｂ ｄ ｉ ｆ Ｃ Ｂ Ｈ Ｓ Ｂ ｄ ｉ ｆ ． Ｃ Ｂ Ｈ Ｓ Ｂ ｄ ｉ ｆ ． Ｃ Ｂ Ｈ Ｓ Ｂ ｄ ｉ ｆ ．

１１９４９９５２

■●●●●、●●

２８３５５８７７５４５５５５５５

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６３８５５６４４

１８２４４８７７５４５５５５５５

一一一一一一一一

ｔｄｄｈｈｈｈｈＳｎｒｔｔｔｔｔ

ｌ２３４５６７８

戸○目①コワ①僧︸①で⑩［ｐ 角①弓①ｇｏ料Ｑ］○角①で揖○ ０．５ −１．８ １．２ ７．４ ７．４ ７．７ ７．２ １４．９

５８７２９２７７

●●●●●●●■

１６７４３４２３５４４５５５５６

０６５８５５５８

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１８６６６６５８５４４４４４４４

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８５６１３１１

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３０００００００

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●●●●●●●●３９２５５７４２

５４５５５５５５

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●●●●●●●●２５３６６８０８

５４４４４４４４

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６８３３４８６７４３４５５５５５

７８５９８２６４

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●●● ●● ●

００００００００

４４１５１３１３

２２４６６９８７５５５５５５５５

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１２３６６８８７５５５５５５５５

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ｌ２３４５６７８

１０００００００

_{●●●●●●}

４３２１６５

１５１００７９１５４４４４４３５

１２６２０６８１

３９２２０３２２５４５５５５５５

０７４５８３０５

_{●●●●●●●●１４０２０５２１}

９５８３８７２４

１１１１

１０６６１８７４

●■●●●●●●１４９８９８３４

１ 湯○口①ゴロ①角］①で⑯［ｐ 料①弓①Ｑｏ料Ｑ﹄○僧①で潤○ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ＰｏｉｎｔＤｅｃｋＦｒａｍｅＮｏ． Ｃ Ｂ Ｈ Ｓ Ｂ ｄ ｉ ｆ ． Ｃ Ｂ Ｈ Ｓ Ｂ ｄ ｉ ｆ Ｃ Ｂ Ｈ Ｓ Ｂ ｄ ｉ ｆ ． Ｗ/Ｈｏｕｓｅ Ｔｒａｗｌ Ｕｐｐｅｒ Ｕｐｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｈａｆｔ Ｓｈａｆｔ 7.413 4.083∼10.743 ０．１８８ −０．１６２∼0.538 Ａｖｅｒａｇｅ Ｃ．Ｉ． ０．１３８ −０．３６８∼0.644 5．Ｃｒｅｗ'ｓQuarter ６．Eng､RoomBulkhead７．ＳｔｅｒｎＴｕｂｅ

１１０３０００３

２１４５６９８７５５５５５５５５

’一一一一一一−

３６４４７１０２

８１３５５９８７４５５５５５５５

1４ 162 Ｆｉｇ．３．FuelconsumptionandShip-speedatｓｅａｔｒｉａｌ ある。なお，計測場所については，甲板名とフレーム番号蝋を示す。右端の数値は，ＨＳＢに よる振動加速度がＣＢよりいくら減少したかを示し，−符号のついたものは，増加したこと を示す。また，下段に全次数における平均値とＣ､1.を示す。船尾部の３か所（トロールラ ンプ，操舵機室，船尾管）では，一部の次数を除いて振動加速度が大きく減少している。し かし，船橋，士官食堂，部員居住区，機関室水密隔壁の差は統計的に有意ではなかった。

Fig.３に検査入渠時の海上試運転における速力と燃料消費量の関係をＣＢとＨＳＢについ

て示す。ＨＳＢへの換装により各負荷における燃料消費量は減少し，速力もわずかに減少し ている。

００ＯＯＯＯ

６４２０８６２２２２１１

︵星へ切望︶ロ○﹃ＰＱＥ．ｍロ○○

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２２

︵星へ切望︶ 曲◇△○□ ＨＳＢ ◆１００

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1０ 1 １ １ ２ １ ３

Ship-speed（ｋｔ）

鹿児島大学水産学部紀要第40巻（1991）

●仇

弓１４０

． 画１２ｏ ＊フレーム番号「０」は舵軸位置を示し，その間隔は0.6ｍ ＯＣＢ ●ＨＳＢ ○ ０ Ｆｉｇ．４．ＦｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄＳｈｉｐ−ｓｐｅｅｄａｔcruising 1４ 1０ 1 １ １ ２ １ ３ Ship-speed（ｋｔ）

183.8 183.8 184.1 184.1 184.1 184.0 184.1 183.8 183.3 183.6 184.3 184.3 184.1 183.7 184.1 183.9 184.’ '84.7 184.1 184.1 184.3 184.3 184.4 184.3 184.1 184.6 183.9 184.6 18.60 18.60 18.60 18.60 18.60 18.55 18.55 18.55 18.55 18.55 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.40 18.40 Fig.４は，通常航海（全速前進時）における燃料消費量と速力の関係を示し，Table4は， その時の周辺データを示す。 縦軸は燃料消費量，横軸は速力を示す。ＨＳＢの燃料消費量は，ＣＢに比較して平均値で 7.79kg/ｈ減少し，その割合は4.15％である（ｔ＝５．１３５，．．f､＝55,0.001＞Ｐ)。この中に HSBの燃料消費量がＣＢより多い個所が数点あるが，この時は風が船首方向から吹いており， その影響によるものと考えられる。 つぎに速力は，ＨＳＢの方がＣＢよりわずかに増加（0.41kt）している（ｔ＝４．９９２，．．f､＝ ５５，０．００１＞Ｐ)。これは，ＨＳＢに海象の特に穏やかであった南支那海のデータが多いためで ある。 Ｔａｂｌｅ４．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｔｈｅｃｒｕｉｓiｎｇＫａｇｏｓｈｉｍａ−Ｍａｒｕ 18.60 18.60 18.55 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.40 18.40 1326 1440 1445 1269 1311 1470 1371 1231 1279 1428 1364 1344 1315 1250 1271 1391 1302 1379 1326 1357 1355 1320 1277 1314 1189 1381 1283 1273 Shaftrevolution （rPm） Ｂｌａｄｅａｎｇｌｅ （deg.） Ｓｈａｆｔｈｏｒｓｅ ｐｏｗｅｒ（PS） Winddirection -force（ｍ/s） Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ （to､） Ｎｏ．

１２３４５６７８９０１２３４５６７８９０１２３４５６７８

１１１１１１１１１１２２２２２２２２２

182.8 183.9 183.9 183.2 184.1 184.1 184.3 183.6 185.5 185.6 184.0 183.8 183.7 182.5 183.6 183.3 183.5 183.7 184.1 184.5 184.0 184.0 183.9 183.5 184.6 184.2 184.2 184.4 1945 1932 1971 2020 2008 1971 1959 1934 1990 1990 1974 1974 1957 1896 1879 1879 1835 1817 1967 1967 1949 1926 1926 1929 1929 1914 2020 1886 2002 1990 1990 1990 1932 1902 1840 1996 1996 1940 1951 1974 1965 2032 2024 2081 2076 2012 1949 1932 1926 1946 1913 1940 1945 1977 1911 1902 Ｎｏｔｅ：ｌｅｆｔ−ＣＢｒｉｇｈｔ−ＨＳＢ '266 1264 1357 1253 1276 1289 1323 1273 1273 1284 1276 1274 1246 1266 1297 1308 1323 1345 1257 1254 1291 1279 1293 1254 1249 1222 1260 1262

３４７３３００５５０４５７５３５５５７７５１７５３５７０

１１ １ １

ＳＳＰＳＰＰＳＰＳＳＰＳＳＳＳＳＰＳＰＰＰＳＳＳＳ

５０００５００５０００５０００５５０００５０００５０００

２３３１５３１８６４４４１５４３２７３２３

１ １１ １１

６２２７８４９１８６２２３０４３０５４７６５８３５０８８

１

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１

ＳＰＳＳＳＰＳＳＰＰＰＳＳＰＳＰＰＳＳＳＰＰＰＳＳＰ

ＯＯ５０００００５０００００５０５０００００００００５０

７６３７６２６１３３１２１２２２７９６１１３６８５８

１ １ 1966１９４１ １３３１１２７９ Ave． 183.9184.1 18.5218.50

164 鹿児島大学水産学部紀要第40巻（1991） 要 約 プロペラ翼を従来型からハイリースキュード型に換装し，船体振動と主機関の燃料消費量 および船速の変化を計測比較し，次のような結果を得た。 １）船体振動の減少は，船尾部分で顕著であった。 ２）主機関燃料消費量は，１時間あたり4.15％減少した。 ３）船速は，０．４１（kt）増加した。 以上の実験結果より，かごしま丸では，プロペラ翼をＨＳＢに換装したことにより船体振 動の軽減と省エネルギーの点で顕著な効果が再確認できた。 文 献 1）中島稔，菅野博志，久保博尚，板谷芳樹（1981）：ハイスキュープロペラの系統的模型試験および 実船実験．日本舶用機関学会誌．１７(1)，51-60. 2）凌志浩（1982）：ハイリースキュードプロペラと標準プロペラの実船比較実験．日本海事協会会誌． 180,186-199. 3）広本豊，石原泰明，吉田譲（1983）：スキュードＣＰＰ採用による船体振動の改善．日本舶用機関 学会誌．１８(2)，169-174. 4）凌志浩，住吉茂雄，城戸口秀典（1985）：HighlySkewedPropellerとConventionalPropel‐ ｌｅｒの翼発生応力と船尾振動についての実船比較実験．日本海事協会会誌．191,160-170. 5）関岡幹尚，宮原圭一，田中久雄，島里錠次（1988）：かごしま丸のプロペラ翼換装結果について− １−船体振動の軽減一．鹿児島大学水産学部紀要．37,127-134. 6）関岡幹尚，宮原圭一，田中久雄，島里錠次（1990）：かごしま丸のプロペラ翼換装結果について− Ⅱ−燃料消費量および速力への影響一．鹿児島大学水産学部紀要．39,113-118.