CN103502093B - 船用推进系统及具备该船用推进系统的船舶 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够减小轴发电机的负载变动对船速的影响的船用推进系统及具备该船用推进系统的船舶。所述船用推进系统搭载于船舶且具备轴发电机，该轴发电机与将蒸气涡轮和螺旋桨连结的推进轴连接，所述船用推进系统具备：在向蒸气涡轮供给蒸气的供给配管上设置，来控制蒸气的供给量的控制阀；决定控制阀的操作量的控制装置，控制装置具备：算出用于使螺旋桨的实际转速与螺旋桨的转速指令值一致的第一操作量(V1)的第一运算部(11)；根据由船内的负载状况决定的轴发电机输出指令值，来算出第二操作量(V2)的第二运算部(12)；将第一操作量(V1)和第二操作量(V2)相加来得到第三操作量(V3)的加法运算器(13)，所述船用推进系统根据第三操作量(V3)对控制阀进行控制。

Description

船用推进系统及具备该船用推进系统的船舶

技术领域

本发明涉及船用推进系统及具备该船用推进系统的船舶。

背景技术

目前，已知有利用推进轴将主机与螺旋桨连结且在推进轴上连接有轴发电机的船用推进系统(例如参照专利文献1)。

在具备这样的船用推进系统的船舶中，轴发电机所产生的发电电力被转换为船内频率而向船内电源系统供给。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-326391号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1所公开的船舶中，存在主机承受轴发电机的负载变动的影响，而使船速发生变动且乘坐舒适感恶化这样的问题。

本发明鉴于上述的情况而提出，其目的在于提供一种能够减少轴发电机的负载变动对船速的影响的船用推进系统及具备该船用推进系统的船舶。

为了解决上述课题，本发明采用以下的结构。

本发明的第一技术方案提供一种船用推进系统，其具备轴发电机且搭载于船舶，该轴发电机与将蒸气涡轮和推进器连结的推进轴连接，所述船用推进系统的特征在于，具备：在向所述蒸气涡轮供给蒸气的供给配管上设置，来控制蒸气的供给量的控制阀；决定所述控制阀的操作量的控制装置，所述控制装置具备：算出用于使所述推进器的实际转速与推进器的转速指令值一致的第一操作量的第一运算机构；根据由船内的负载状况决定的轴发电机输出指令值，来算出第二操作量的第二运算机构；将所述第一操作量和所述第二操作量相加来得到第三操作量的加法运算机构，所述船用推进系统根据所述第三操作量来控制所述控制阀。

根据本发明的第一技术方案，根据由船内的负载状况决定的轴发电机输出指令值来求解第二操作量，并将该第二操作量用于控制阀的开度控制，因此能够先于船速变动而将与轴发电机的负载变动相应的蒸气量向蒸气涡轮供给。由此，能够先行对涡轮输出进行操作，使船速控制快速地追随轴发电机的负载变动。其结果是，即使在轴发电机的负载急剧变动的情况下，也能够抑制由此引起的船速的变动，能够提高航行的稳定性。

在本发明的第一技术方案涉及的上述船用推进系统中可以构成为，所述第二运算机构具备：根据所述轴发电机输出指令值来推定向轴发电机的涡轮输出的机构；预先存储有将向轴发电机的涡轮输出和第二操作量建立关联的信息，取得与推定出的向所述轴发电机的涡轮输出对应的第二操作量的机构。

根据这样的结构，根据由船内的负载状况决定的轴发电机输出指令值来推定向轴发电机的涡轮输出，并根据预先存储的将向轴发电机的涡轮输出和第二操作量建立关联的信息，来得到用于供给与上述向轴发电机的涡轮输出相当的蒸气量的第二操作量。因而，能够容易地求解第二操作量。

在本发明的第一技术方案涉及的上述船用推进系统中，可以构成为，所述第二运算机构具备：使用上次的所述第三操作量来推定上次的涡轮输出的机构；使用上次的所述轴发电机输出指令值，来推定上次的向轴发电机的涡轮输出的机构；通过从推定出的所述上次的涡轮输出减去推定出的所述上次的向轴发电机的涡轮输出，由此算出上次的向推进器的涡轮输出的机构；使用将本次的所述第一操作量加上未知数的所述第二操作量而得到的第三操作量，来推定本次的涡轮输出的机构；使用本次的所述轴发电机输出指令值来推定本次的向轴发电机的涡轮输出的机构；通过从推定出的所述本次的涡轮输出减去推定出的所述本次的向轴发电机的涡轮输出，由此来算出本次的向推进器的涡轮输出的机构；算出以使所述上次的向推进器的涡轮输出与所述本次的向推进器的涡轮输出的差量成为根据船速而决定的规定值这样的所述未知数的第二操作量的机构。

根据这样的结构，求解上次的向推进器的涡轮输出，并且将第二操作量作为未知数来求解本次的向推进器的涡轮输出，求解使上次的向推进器的涡轮输出与本次的向推进器的涡轮输出的差量成为基于船速的规定值这样的第二操作量。这样，通过解算将用于获得与向轴发电机的涡轮输出相当的动力的第二操作量作为未知数而使用的方程式，由此得到第二操作量，因此能够容易地得到第二操作量。

在本发明的第一技术方案涉及的上述船用推进系统中，可以构成为，在所述推进器的转速指令值为80％以下的区域或者所述轴发电机输出指令值的变动幅度除以涡轮输出得到的值大于0.01的情况下，所述第二运算机构输出所述第二操作量。

根据这样的结构，仅在推进器的转速指令值为80％以下的区域或者轴发电机输出指令值的变动幅度除以涡轮输出得到的值大于0.01的情况下，第二运算机构才输出第二操作量，因此能够减轻第二运算机构的处理负担。

另外，本发明的第二技术方案提供一种具备上述任一种船用推进系统的船舶。

发明效果

根据本发明，能够起到可减小轴发电机的负载变动对船速的影响这样的效果。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式涉及的船用推进系统的简要结构的图。

图2是表示图1示出的控制装置的简要结构的控制框图。

图3是表示本发明的第二实施方式涉及的船用推进系统所具备的控制装置的简要结构的控制框图。

图4是表示本发明的第三实施方式涉及的船用推进系统所具备的控制装置的简要结构的控制框图。

图5是表示图4示出的第二运算部的内部结构的图。

图6是表示本发明的第四实施方式涉及的船用推进系统所具备的控制装置的简要结构的控制框图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明涉及的船用推进系统及具备该船用推进系统的船舶的实施方式进行说明。

〔第一实施方式〕

图1是表示本发明的第一实施方式涉及的船用推进系统的简要结构的图。如图1所示，船用推进系统10具备如下主要结构：锅炉1；在从锅炉1供给的蒸气的作用下旋转的蒸气涡轮(主机)2；在从锅炉1向蒸气涡轮供给蒸气的供给配管上设置的控制阀3；对控制阀3的开度进行操作的调速装置(调节器)4；通过蒸气涡轮2的旋转动力来驱动的螺旋桨(推进器)5；与将蒸气涡轮2和螺旋桨5连结的推进轴连接的轴发电机6；通过控制调速装置4来调整向蒸气涡轮2供给的蒸气量，由此控制蒸气涡轮输出的控制装置7。另外，轴发电机6由动力管理系统8来控制。

如图2所示，控制装置7具备：算出用于使螺旋桨的实际转速与螺旋桨转速指令值一致的第一操作量V1的第一运算部11；根据由船内的负载状况来决定的轴发电机输出指令值而算出第二操作量V2的第二运算部12；将从第一运算部11输出的第一操作量V1和从第二运算部12输出的第二操作量V2相加而得到第三操作量V3的加法运算器13。

第一运算部11具备算出螺旋桨转速指令值与螺旋桨的实际转速的差量的减法运算器21、根据减法运算器21的结果来得到第一操作量的控制器22。控制器22例如为PID控制器。

第二运算部12具备第一处理部23和第二处理部24。第一处理部23通过将轴发电机输出指令值除以轴发电机效率来推定向轴发电机的涡轮输出Wg。第二处理部24预先存储有将向轴发电机的涡轮输出Wg和第二操作量V2建立关联的表，取得与由第一处理部23推定出的向轴发电机的涡轮输出Wg对应的第二操作量V2。这里，按照涡轮入口蒸气压力Pin而设有多个表。第二处理部24在被输入涡轮入口蒸气压力Pin及向轴发电机的涡轮输出Wg时，根据与输入的涡轮入口蒸气压力Pin对应的映射关系来取得与向轴发电机的涡轮输出Wg对应的第二操作量V2。映射关系根据事先对涡轮入口蒸气压力、调速装置4的操作量和涡轮输出的关系进行模拟或实际研究所得出的结果而制成。也可以取代映射关系，将根据向轴发电机的涡轮输出Wg来算出第二操作量V2的运算式按照涡轮入口蒸气压力来设定，使用该运算式来得到第二操作量V2。

在具备这样的结构的船用推进系统10中，根据实际的涡轮输出来推定螺旋桨的实际转速，将推定出的螺旋桨的实际转速和螺旋桨转速指令值向第一运算部11输入。在第一运算部11中，由减法运算器21算出实际转速与螺旋桨转速指令值的差量，并将该差量向控制器22输入来得到第一操作量V1。

另外，将从控制船内的电力的动力管理系统8输出的轴发电机输出指令值向第二运算部12的第一处理部23输入，并根据该轴发电机输出指令值来推定向轴发电机的涡轮输出Wg。将推定出的向轴发电机的涡轮输出Wg与涡轮入口蒸气压力Pin一起向第二处理部24输入，根据上述的输入信息和表来得到第二操作量V2。

通过加法运算器13将由第一运算部11决定的第一操作量V1和由第二运算部12决定的第二操作量V2相加，而得到第三操作量V3。第三操作量V3被向图1的调速装置4输送。并且，调速装置4根据第三操作量V3进行动作，由此将控制阀3控制成规定的开度，其结果是，调整向蒸气涡轮2供给的蒸气量，从而控制船速。

如以上所说明的那样，根据本实施方式涉及的船用推进系统10，根据由动力管理系统8赋予的轴发电机输出指令值来求解向轴发电机的涡轮输出Wg，将与该向轴发电机的涡轮输出Wg相当的第二操作量V2用于控制阀3的开度控制，因此能够事先掌握轴发电机的负载状况变动对涡轮输出的影响，预先反映到蒸气供给量中。即，由于船速控制的响应性与轴发电机的控制的响应性相比迟缓，因此通过根据轴发电机输出指令值来预先察知发电机的实际变动，并将与该变动量相当的操作量作为第二操作量V2而先行用于船速控制，由此能够使船速控制快速地追随轴发电机的负载变动。其结果是，即使在轴发电机的负载急剧变动的情况下，也能够抑制由此引起的船速的变动，能够提高航行的稳定性。

〔第二实施方式〕

接着，对本发明的第二实施方式涉及的船用推进系统进行说明。本实施方式涉及的船用推进系统与上述的第一实施方式涉及的船用推进系统10相比，在螺旋桨转速指令值低的区域(例如螺旋桨转速指令值为80％以下的区域)或轴发电机输出指令值的变动幅度大的区域(例如轴发电机输出指令值的变动幅度除以涡轮输出得到的值大于0.01的区域)，从第二运算部12输出第二操作量V2，在除此以外的区域，不输出第二操作量V2，换言之将第二操作量V2设定零。

例如，预计在螺旋桨转速指令值高的区域(例如螺旋桨转速指令值大于80％的区域)，轴发电机的负载变动对涡轮输出造成的影响微小，对航行的稳定性不太会造成影响。另外，同样，预计在轴发电机输出指令值的变动幅度微小(例如轴发电机输出指令值的变动幅度除以涡轮输出得到的值为0.01以下的区域)时，轴发电机的负载变动对涡轮输出造成的影响小。因此，在本实施方式中，在认为轴发电机的负载变动对涡轮输出的影响小的区域，将从第二运算部12输出的第二操作量V2设为零。

图3是表示本实施方式涉及的船用推进系统所具备的控制装置的简要结构的控制框图。在图3示出的船用推进系统的控制装置中，构成为在将第二运算部12与加法运算器13相连的信号线上设置切换机构50，并根据螺旋桨转速指令值及轴发电机输出指令值来使开切换机构50接通/断开。

另外，在图3中，设有切换机构50，而使来自第二运算部12的输出信号机械地导通/截止，但也可以例如在螺旋桨转速指令值低的区域或轴发电机输出指令值的变动幅度大的区域，第二运算部12将第二操作量V2的值设为零来输出。这种情况下，在与上述条件一致时第二运算部12不算出第二操作量V2也可，因此能够减轻第二运算部12的处理负担。

〔第三实施方式〕

接着，对本发明的第三实施方式涉及的船用推进系统进行说明。本实施方式涉及的船用推进系统与上述的第一实施方式涉及的船用推进系统10形成为大致相同的结构，但第二运算部12的结构有所不同。以下，主要对与第一实施方式不同的部分进行说明。

图4是表示本实施方式涉及的船用推进系统所具备的控制装置的简要结构的控制框图，图5是表示图4示出的第二运算部12-1的内部结构的图。如图4、图5所示，第二运算部12-1具备：使用上次的第三操作量V3(n-1)来推定上次的涡轮输出W(n-1)的第三处理部31；使用上次的轴发电机输出指令值来推定上次的向轴发电机的涡轮输出Wg(n-1)的第四处理部32；从推定出的上次的涡轮输出W(n-1)减去推定出的上次的向轴发电机的涡轮输出Wg(n-1)，由此算出上次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n-1)的第五处理部33；使用将本次的第一操作量V1(n)加上未知数的第二操作量X而得到的第三操作量V1(n)+X，来推定本次的涡轮输出W(n)的第六处理部34；使用本次的轴发电机输出指令值来推定本次的向轴发电机的涡轮输出Wg(n)的第七处理部35；通过从推定出的本次的涡轮输出W(n)减去推定出的本次的向轴发电机的涡轮输出Wg(n)，由此算出本次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n)的第八处理部36；算出使上次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n-1)与本次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n)的差量成为根据船速来决定的规定值这样的未知数的第二操作量X的第九处理部37。

更具体而言，如图5所示，第三处理部31根据上次的第三操作量V3(n-1)和上次的涡轮入口蒸气压力Pin(n-1)来推定蒸气流量，将推定出的蒸气流量、涡轮入口蒸气温度Tin(n-1)、涡轮出口蒸气压力Pout(n-1)、涡轮出口蒸气温度Tout(n-1)及涡轮效率Dt(n-1)作为输入信息来获得，并将这些输入信息代入到预先存储的规定的运算式中，由此算出上次的涡轮输出W(n-1)。

第四处理部32通过将上次的轴发电机输出指令值除以轴发电机效率来算出上次的向轴发电机的涡轮输出Wg(n-1)。

第五处理部33通过从由第三处理部31得到的上次的涡轮输出W(n-1)减去由第四处理部32得到的上次的向轴发电机的涡轮输出Wg(n-1)，由此得到上次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n-1)。

另外，第六处理部34根据将本次的第一操作量V1(n)加上未知数的第二操作量X而得到的本次的第三操作量V1(n)+X、及涡轮入口蒸气压力Pin(n)，来推定蒸气流量，将推定出的蒸气流量、涡轮入口蒸气温度Tin(n)、涡轮出口蒸气压力Pout(n)、涡轮出口蒸气温度Tout(n)及涡轮效率Dt(n)作为输入信息来获得，并将这些输入信息代入到预先存储的规定的运算式中，由此算出本次的涡轮输出W(n)。

第七处理部35通过将本次的轴发电机输出指令值除以轴发电机效率，由此算出本次的向轴发电机的涡轮输出Wg(n)。

第八处理部36通过从由第六处理部34得到的本次的涡轮输出W(n)减去由第七处理部35得到的本次的向轴发电机的涡轮输出Wg(n)，由此得到本次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n)。

第九处理部37求解使由第五处理部33得到的上次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n-1)与由第八处理部36得到的本次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n)的差量成为基于船速的规定值这样的第二操作量X。例如，在船速没有变化的情况下，求解是上次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n-1)与本次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n)一致这样的第二操作量X。另外，在船速增加或减少的情况下，求解使上次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n-1)与本次的向螺旋桨的涡轮输出Wp(n)的差量成为根据船速的增加量或减少量而设定的规定值这样的第二操作量X。

如图4所示，由第九处理部37求出的第二操作量X被向加法运算器13输出，加上本次的第一操作量V1(n)而得到本次的第三操作量V3(n)。第三操作量V3(n)被向图1的调速装置4输送。并且，调速装置4根据第三操作量V3(n)来进行动作，由此将控制阀3控制成规定的开度，其结果是，能够调整向蒸气涡轮2供给的蒸气量，从而控制船速。

如以上所说明的那样，根据本实施方式涉及的船用推进系统，求解上次的向螺旋桨的涡轮输出，并且将第二操作量作为未知数来求解本次的向螺旋桨的涡轮输出，求解使上次的向螺旋桨的涡轮输出与本次的向螺旋桨的涡轮输出的差量成为对应于船速的规定值这样的第二操作量。这样，通过解算将用于获得与向轴发电机的涡轮输出相当的动力的第二操作量V2(n)作为未知数所使用的方程式，由此能够得到第二操作量V2(n)，因此能够容易地获得第二操作量V2(n)。

在本实施方式中，上次的蒸气流量根据入口蒸气压力和第三操作量V3来推定，但在蒸气的供给配管上设有流量计的情况下，也可以使用测定出的值。

〔第四实施方式〕

接着，对本发明的第四实施方式涉及的船用推进系统进行说明。本实施方式涉及的船用推进系统与上述的第三实施方式涉及的船用推进系统相比，在螺旋桨转速指令值低的区域(例如螺旋桨转速指令值为80％以下的区域)或轴发电机输出指令值的变动幅度大的区域(例如轴发电机输出指令值的变动幅度除以涡轮输出得到的值大于0.01的区域)，从第二运算部12-1输出第二操作量V2(n)，在除此以外的区域，不输出第二操作量V2(n)，换言之，将第二操作量V2(n)设为零。

图6是表示本实施方式涉及的船用推进系统所具备的控制装置的简要结构的控制框图。在图6示出的船用推进系统中，构成为在将第二运算部12-1与加法运算器13相连的信号线上设有切换机构，根据螺旋桨转速指令值及轴发电机输出指令值来使切换机构接通/断开。

另外，在图6中，设有切换机构50，而使来自第二运算部12-1的输出信号机械地导通/截止，但也可以例如在螺旋桨转速指令值低的区域或轴发电机输出指令值的变动幅度大的区域，第二运算部12-1将第二操作量V2(n)的值作为量来输出。这种情况下，在与上述条件一致时第二运算部12-1不算出第二操作量V2(n)也可，因此能够减轻第二运算部12-1的处理负担。

符号说明

1 锅炉

2 蒸气涡轮

3 控制阀

4 调速装置

5 螺旋桨

6 轴发电机

7 控制装置

10 船用推进系统

11 第一运算部

12、12-1 第二运算部

13 加法运算器

23 第一处理部

24 第二处理部

31 第三处理部

32 第四处理部

33 第五处理部

34 第六处理部

35 第七处理部

36 第八处理部

37 第九处理部

50 切换机构

Claims (5)

1.一种船用推进系统，其具备轴发电机且搭载于船舶，该轴发电机与将蒸气涡轮和推进器连结的推进轴连接，所述船用推进系统具备：

在向所述蒸气涡轮供给蒸气的供给配管上设置，来控制蒸气的供给量的控制阀；

决定所述控制阀的操作量的控制装置，

所述控制装置具备：

算出用于使所述推进器的实际转速与推进器的转速指令值一致的第一操作量的第一运算机构；

根据由船内的负载状况决定的轴发电机输出指令值，来算出第二操作量的第二运算机构；

将所述第一操作量和所述第二操作量相加来得到第三操作量的加法运算机构，

所述船用推进系统根据所述第三操作量来控制所述控制阀。

2.根据权利要求1所述的船用推进系统，其中，

所述第二运算机构具备：

根据所述轴发电机输出指令值来推定向所述轴发电机的涡轮输出的机构；

预先存储有将向轴发电机的涡轮输出和第二操作量建立关联的信息，根据所述信息来取得与推定出的向所述轴发电机的涡轮输出对应的第二操作量的机构。

3.根据权利要求1所述的船用推进系统，其中，

所述第二运算机构具备：

使用上次的所述第三操作量来推定上次的涡轮输出的机构；

使用上次的所述轴发电机输出指令值，来推定上次的向轴发电机的涡轮输出的机构；

通过从推定出的所述上次的涡轮输出减去推定出的所述上次的向轴发电机的涡轮输出，由此算出上次的向推进器的涡轮输出的机构；

使用将本次的所述第一操作量加上未知数的所述第二操作量而得到的第三操作量，来推定本次的涡轮输出的机构；

使用本次的所述轴发电机输出指令值来推定本次的向轴发电机的涡轮输出的机构；

通过从推定出的所述本次的涡轮输出减去推定出的所述本次的向轴发电机的涡轮输出，由此来算出本次的向推进器的涡轮输出的机构；

算出以使所述上次的向推进器的涡轮输出与所述本次的向推进器的涡轮输出的差量成为根据船速而决定的规定值这样的所述未知数的第二操作量的机构。

4.根据权利要求1所述的船用推进系统，其中，

仅在所述推进器的转速指令值为80％以下的区域或者所述轴发电机输出指令值的变动幅度除以涡轮输出得到的值大于0.01的情况下，所述第二运算机构输出所述第二操作量。

5.一种船舶，其具备权利要求1所述的船用推进系统。