明治・大正期
日本軍艦 機関部データ集

第3章 主機(レシプロ機関)



装甲巡洋艦 鞍馬。日本軍艦では最大出力のレシプロ機関(11,250ihp)を2基搭載。


3-1. 基本仕様


3-1-1. 戦艦

Name Qd A Pe Rv d s Na Vp
H I L H I L
Royal Sovereign 11,000 2 10.5 1 2.18 4.84 1016 1499 2235 1372 108 4.94
富士 13,500 2 10.5 1 2.18 4.84 1016 1499 2235 1143 120 4.57
Majestic 12,000 2 10.5 1 2.18 4.84 1016 1499 2235 1295 100 4.32
Canopus 13,500 2 17.6 1 2.67 7.11 762 1245 2032 1295 108 4.66
敷島 14,500 2 14.8 1 2.43 6.10 864 1346 2134 1219 120 4.88
Formidable 15,000 2 17.6 1 2.67 7.11 800 1308 2134 1295 108 4.66
朝日 15,000 2 17.6 1 2.64 7.06 813 1321 2159 1219 108 4.39
三笠 15,000 2 17.6 1 2.60 7.00 787 1270 2083 1219 120 4.88
Duncan 18,000 2 17.6 1 2.65 7.07 851 1384 1600 1600 1219 120 4.88
King Edward VII 18,000 2 14.8 1 2.65 7.07 851 1384 1600 1600 1219 120 4.88
Africa 18,000 2 14.8 1 2.49 6.22 965 1524 1702 1702 1219 120 4.88
香取 16,320 2 14.1 1 2.49 6.30 902 1422 1600 1600 1219 120 4.88
鹿島 15,600 2 14.1 1 2.42 6.13 914 1422 1600 1600 1219 120 4.88
Lord Nelson 16,750 2 17.6 1 2.59 6.71 832 1340 1524 1524 1219 120 4.88
薩摩 17,000 2 14.8 1 2.54 6.36 940 1499 1676 1676 1219 120 4.88

Name: 艦名
Qd: 計画出力 [hp]、指示馬力ihpを示す
A: 主機数
Pe: 主機初圧力 [kg/cm2]
Rv: シリンダ容積比、H: 高圧シリンダを1とし、I: 中圧シリンダ、L: 低圧シリンダを示す
d: シリンダ内径 [mm]、低圧シリンダ2基は4気筒3段膨張を示す
s: シリンダ行程 [mm]
Na: クランク軸回転数 [rpm]
Vp: ピストン速度 [m/s]

<解説>
この時代の舶用レシプロ主機は復水式の複式(2段以上)膨張で、主機初圧Pe・膨張段数Es・シリンダ容積比Rvの目安は次表のようになっており、上記の日英戦艦の主機もおおむねこのガイドラインに沿って同一手法で設計されているため、各部寸法数値に共通点が多く見られます。

Pe
(psi)
Pe
(kg/cm2)
Es Rv
H I L
60 4.3 2 1 - 3
80 5.6 2 1 - 3.5
100 7.0 2 1 - 4
150 10.5 3 1 2.24 5
200 14.1 3 1 2.45 6
250 17.6 3 1 2.65 7

ピストン速度は、クランク軸が最大回転数のとき1,000ft/min = 16.67ft/s (5.08m/s) を超えないよう、シリンダ行程が決められます。例えば、クランク軸回転数が120rpm (2rps) でシリンダ行程が4ft (1219mm) の場合、ピストン速度は16ft/s (4.88m/s) で上記以下に収まります。

1基当りの出力が7,500ihp以下は3気筒直立3段膨張ですが、それを超えるダンカン級以降は4気筒直立3段膨張としています。
薩摩の主機は国産ですが、表中より香取の主機のシリンダ内径を約5%サイズアップしたものであることが読み取れます。


3-1-2. 装甲巡洋艦

Name Qd A Pe Rv d s Na Vp
H I L H I L
浅間・常磐 18,000 2 10.9 1 2.04 4.93 1067 1524 1676 1676 991 135 4.46
出雲・磐手 14,500 2 14.8 1 2.48 6.39 838 1321 1499 1499 991 155 5.12
Drake 30,000 2 17.6 1 2.66 7.02 1105 1803 2070 2070 1219 120 4.88
Monmouth 22,000 2 17.6 1 2.63 6.96 940 1524 1753 1753 1067 140 4.98
八雲 15,500 2 14.0 1 2.33 5.40 950 1450 1560 1560 1000 140 4.67
Liberte(仏戦艦) 18,500 3 1 2.11 5.30 860 1250 1400 1400 1150 110 4.21
吾妻 16,765 2 15.0 1 2.10 6.16 980 1420 1720 1720 1050 125 4.38
Giuseppe Garibaldi 14,000 2 106
春日・日進 13,500 2 11.6 1 2.19 4.54 1080 1600 2300 1170 106 4.09
Antrim 21,000 2 14.8 1 2.49 6.27 1054 1664 1867 1867 1067 140 4.97
Minotaur 27,000 2 1 2.60 6.74 1032 1664 1895 1895 1219
筑波 19,500 2 14.8 1 2.44 5.83 1041 1626 1778 1778 991 150 4.95
生駒 20,500
鞍馬 22,500 2 14.8 1 2.44 5.83 1041 1626 1778 1778 991 160 5.29

Name: 艦名
Qd: 計画出力 [hp]、指示馬力ihpを示す
A: 主機数
Pe: 主機初圧力 [kg/cm2]
Rv: シリンダ容積比、H: 高圧シリンダを1とし、I: 中圧シリンダ、L: 低圧シリンダを示す
d: シリンダ内径 [mm]、低圧シリンダ2基は4気筒3段膨張式を示す
s: シリンダ行程 [mm]
Na: クランク軸回転数 [rpm]
Vp: ピストン速度 [m/s]

<解説>
クランク軸回転数が一般的に戦艦よりもやや大のため、シリンダ行程は3.25ft = 39in (991mm) 前後とし、ピストン速度が一部を除き1,000ft/min (5.08m/s) を超えないようにしています。

また、往復部質量の釣り合わせ(不釣合質量の影響は角速度つまり回転数の自乗に比例して増大)に配慮し、1基当りの出力が7,000ihp以下は3気筒直立3段膨張、それを超えるときは4気筒直立3段膨張としています。

ドイツで建造の八雲、フランスで建造の吾妻、およびイタリアで建造の春日・日進の主機はミリサイズ(メートル法)で設計されています。春日・日進の主機は3気筒直立3段膨張で、低圧シリンダ内径は日本軍艦中最大でした。

筑波級の主機は香取級用をベースにしたとの説も有るようですが、香取と鹿島とではシリンダ内径や滑弁の数が異なりますし、より本質的なところでは装甲巡タイプ (150rpm) の前者と戦艦タイプ (120rpm) の後者とでシリンダ行程(=クランク円直径)が大きく異なっている点が挙げられます。むしろ手本としたのは、同一使用圧・同一シリンダ行程の出雲型用の主機と考えられます。なお、筑波級の主機はわが国初の強圧注油方式でした。

鞍馬はレシプロ主機の日本軍艦としては最大出力でしたが、初圧力・シリンダ内径・同行程は筑波級と同一で、クランク軸回転数を相対比で約7%増大し、かつカットオフを延伸してシリンダ内の平均有効圧力を高めることによって約10%の出力増大を実現したものと考えられます。これは主缶の力量増大によって可能となっています。


3-1-3. 防禦巡洋艦

Name Qd A Pe Rv d s Na Vp
H I L H I L
和泉 5,500 2 6.3 1 - 3.64 1092 - 2083 914 96 2.93
浪速 7,500 2 6.3 1 - 3.41 1168 - 2159 914 122 3.72
畝傍 6,000 2 6.0 1 - 3.00 1040 - 1800 950
千代田 5,600 2 11.2 1 2.17 4.63 673 991 1448 686 206 4.71
松島 5,326 2 12.0 1 2.53 13.63 390 620 1440 1000 108 3.60
秋津洲 8,400 2 10.5 1 2.14 5.43 826 1207 1924 889 130 3.85
須磨 8,384 2 10.5 1 2.29 5.37 820 1240 1900 720 170 4.08
明石 7,890 2 10.5 1 2.29 5.37 820 1240 1900 750 150 3.76
吉野 15,500 2 10.5 1 2.25 5.45 1016 1524 1676 1676 838 165 4.61
高砂 15,500 2 10.5 1 2.25 5.45 1016 1524 1676 1676 838 165 4.61
笠置 17,000 2 10.5 1 2.13 5.11 1080 1575 1727 1727 838 165 4.61
千歳 15,500 2 10.9 1 2.25 5.45 1016 1524 1676 1676 914 153 4.66
Topaze 9,800 2 1 2.52 6.07 616 978 1073 1073 609 250 5.08
新高 9,400 2 14.8 1 2.28 5.58 749 1130 1251 1251 762 185 4.70
音羽 10,000 2 14.1 1 2.28 5.58 749 1130 1251 1251 762 200 5.08
利根 15,000 2 1 2.48 6.40 838 1321 1499 1499 838 160 4.47

Name: 艦名
Qd: 計画出力 [hp]、指示馬力ihpを示す
A: 主機数
Pe: 主機初圧力 [kg/cm2]
Rv: シリンダ容積比、H: 高圧シリンダを1とし、I: 中圧シリンダ、L: 低圧シリンダを示す
d: シリンダ内径 [mm]、低圧シリンダ2基は4気筒3段膨張式を示す
s: シリンダ行程 [mm]
Na: クランク軸回転数 [rpm]
Vp: ピストン速度 [m/s]

<解説>
初期のものは、機関室の高さに制約があるため、2気筒横置2段膨張、または3気筒横置3段膨張のレシプロ機関が採用されました。

松島型は、低速域では3段膨張で運転し、10kt以上の高速域では高圧・中圧両気筒に直接給気し、2段膨張として運転するため、低圧気筒の直径が著しく大となっています。2段膨張時の膨張比は、1:3.87です。

須磨と明石は横須賀工廠(当時は造船部または造船廠)の建造ですが、主機はミリサイズ(メートル法)で設計されているところを見ると、幕末以来のフランス流儀の名残とも考えられ、これら以前の同所建造艦の主機の詳細に興味が持たれます。ちなみに、同所で建造された新高級以降は主機がインチサイズ(ヤードポンド法)となり、英国流儀に変わっています。

吉野から利根までは4気筒直立3段膨張機関が定着し、クランク軸回転数は150〜200rpm程度と装甲巡洋艦よりさらに大のため、シリンダ行程はおおむね2.5ft = 30in (762mm) ないし3.0ft = 36in (914mm) とし、やはりピストン速度が1,000ft/min (5.08m/s) を超えないようにしています。表中では音羽がまさしくピストン速度1,000ft/minでした。


3-1-4. 駆逐艦

Name Qd A Pe Rv d s Na Vp
H I L H I L
Desperate
(30-knotter)
5,700 2 15.5 390
東雲 5,400 2 15.5 1 2.10 4.50 508 737 762 762 457 400 6.10
6,000 2 17.6 1 2.36 5.50 521 800 864 864 457 390 5.94
6,500 2 17.6 1 2.36 5.50 521 800 864 864 457 390 5.94
白雲 7,000 2 15.9 1 1.80 3.96 559 749 787 787 483 390 6.28
春雨 6,000 2 17.6 1 2.36 5.50 521 800 864 864 457 380 5.79
神風 6,000 2
9,500 3 17.6 1 2.36 5.50 521 800 864 864 457 390 5.94
9,500 3 17.6 1 2.36 5.50 521 800 864 864 457 390 5.94

Name: 艦名
Qd: 計画出力 [hp]、指示馬力ihpを示す
A: 主機数
Pe: 主機初圧力 [kg/cm2]
Rv: シリンダ容積比、H: 高圧シリンダを1とし、I: 中圧シリンダ、L: 低圧シリンダを示す
d: シリンダ内径 [mm]、低圧シリンダ2基は4気筒3段膨張式を示す
s: シリンダ行程 [mm]
Na: クランク軸回転数 [rpm]
Vp: ピストン速度 [m/s]

<解説>
駆逐艦の主機は、信頼性(経年変化に対する耐性)を多少犠牲にしても短時間の高速力発揮が必要なため、当初から重量を極力抑えつつ、高速回転時のダイナミック・バランスを重視した4気筒3段膨張のレシプロ機関が採用されました。

クランク軸回転数は380〜400rpmで、ピストン速度は一部を除き1,200ft/min = 20ft/s (6.10m/s) を超えないよう、シリンダ行程は1.5ft = 18in (457mm) 前後となっています。表中では東雲級がピストン速度1,200ft/minでした。

白雲級は東雲級と同じくソーニクロフト社の建造ですが、後者のほうがシリンダ容積比を小さくしていることより、主機初圧力を低く設定し、その代わりシリンダの内径と行程を少しずつ拡大して、出力を1基当り500ihpずつ増大していたものと推定されます。

桜級・樺級は3軸で9,500ihpですから1基当り3,167ihpとなり、主機自体はヤーロー社建造の雷級と基本的に同型です。

船体が小さく重量制限の厳しい駆逐艦においては、レシプロ主機の大幅な能力向上は困難であり、別項で述べるタービン主機の採用は他の艦種に増して大きなメリットとなったと考えられます。


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