JP2004345628A - 船舶の駆動制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 主機関や発電機関に関わる故障が生じた場合でも、多様な航行目的に対応させた船舶の推進と船内負荷への電力の供給を確実に行う。
【解決手段】 主機関4とジェネレータモータ5の出力でプロペラ軸3を駆動し、発電機関6駆動の主発電機7とジェネレータモータ5の発電電力を蓄電装置8に蓄電し、蓄電装置8と主発電機7とジェネレータモータ5が供給する電力を船内負荷20とジェネレータモータ5に給電し、発電機関6の故障の場合に、主機関4をアイドリング運転とした後、主機関4とプロペラ軸3の連絡を断ち、主機関4でジェネレータモータ5を駆動して発電させ、その電力を船内負荷20に供給し、主機関4が停止中は、蓄電装置8の蓄電量が規定値に満たないなら主機関4をアイドリング運転してジェネレータモータ5を駆動させ、蓄電量が規定値以上なら蓄電装置8によって船内負荷20に電力を供給する。
【選択図】 図1
Description
すなわち、本発明の請求項1に係る船舶の駆動制御方法は、主機関と電動機として作動するジェネレータモータとの一方または両方の出力をプロペラ軸に伝達して船舶を推進させると共に、発電機関により駆動される主発電機と発電機として作動する前記ジェネレータモータとにより発電される電力を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置と前記主発電機と発電機として作動するジェネレータモータの少なくとも1つから供給される電力を船内負荷および前記電動機として作動するジェネレータモータに給電するようにした船舶の駆動制御方法において、前記発電機関に故障が生じた場合に、前記主機関が運転中のときは、該主機関をアイドリング運転に切り換えた後、前記主機関とプロペラ軸の連絡を断つと共に、該主機関によって前記ジェネレータモータを発電機として駆動して発電させ、この発電電力を前記船内負荷に供給し、また、前記主機関が停止中のときは、前記蓄電装置の蓄電量が規定値以上あるか否かを判定して、蓄電量が規定値に満たないならば前記主機関をアイドリング運転して前記ジェネレータモータを駆動させ、蓄電量が規定値以上ならば前記蓄電装置によって前記船内負荷に電力を供給することを特徴としている。
請求項1に係る船舶の駆動制御方法によれば、船舶が航行中に発電機関に故障が発生した場合、主機関の動力によりプロペラ軸を駆動することなく、ジェネレータモータを発電機として駆動して発電し、その発電電力により、または蓄電装置の蓄電量が規定値以上にあるときには、該蓄電装置の電力によって船内負荷の所要電力を確保することができるので、船内が停電した状態(ブラックアウト)になって不測の事態が生じるのを確実に防止することができて、省エネルギーを図りながら、通常の運航状態へ移行、復帰することができる。
先ず、本発明の一実施の形態に係る船舶の駆動制御方法を実施する船舶の駆動制御装置1を図1にもとづいて説明する。この船舶の駆動制御装置1は、減速機(変速機)2を介してプロペラ3aを取り付けたプロペラ軸3に連絡され該プロペラ軸3を回転させるディーゼルエンジン(主機関)4と、前記減速機2を介して前記プロペラ軸3と前記主機関4に連絡されたジェネレータモータ(以下「Gモータ」という)5と、発電用ディーゼルエンジン(発電機関)6によって駆動される主発電機7と、充電、放電する蓄電装置8と、前記プロペラ3aとは別に船舶を推進させるスラスターを駆動するスラスター用電動機9と、船舶の甲板機械を駆動する甲板機械用電動機10と、多機能インバータ(双方向インバータ)11と、これらの機器を統括制御するメインコンピュータ(主制御手段)12と、該メインコンピュータ12に各種の動作指令を入力する第1操作パネル13および第2操作パネル14とを備えている。
前記主機関4は、リモートコントロール装置(以下、「リモコン」という)15からの指令で動作する始動空気装置4aによって始動され、その出力軸4bの回転が、前記減速機2の前記主軸クラッチ2aの嵌脱により、前記プロペラ軸3へ伝達、遮断されるようになっており、主機関4の始動、停止(発停)の状態信号、前記始動空気装置4aに供給する空気圧、主機関4の燃焼圧力、回転速度、冷却水、潤滑油の温度、排気温度等の運転状態を示す主機関状態信号と、前記主軸クラッチ2aとGモータ用クラッチ2cの嵌、脱状態を示すクラッチ嵌脱信号とが前記リモコン15を介して前記メインコンピュータ12に入力されるようになっている。
前記発電機関6は、制御盤6aが付設されており、該制御盤6aが前記メインコンピュータ12の指令で動作することにより始動、停止されるようになっており、発電機関6の始動、停止(発停)の状態信号、発電機関始動用空気装置に供給する空気圧、発電機関6の燃焼圧力、回転速度、冷却水、潤滑油の温度、排気温度等の運転状態を示す発電機関状態信号が制御盤6aを介して主配電盤・電流演算装置19に入力されるようになっている。そして、前記主配電盤・電流演算装置19は、前記主発電機7の余剰電力と船内負荷20に対する負荷電流を演算し、その演算結果と前記発電機関状態信号を前記多機能インバータ11を介して前記メインコンピュータ12に入力するようになっている。前記船内負荷20は、前記Gモータ5、スラスター用電動機9、甲板機械用電動機9等を駆動する動力用電源を除き、制御機器用の電源、船内電灯用電源等として船内で消費される全ての電力を含んでいる。
なお、図1において、21はメインコンピュータ12の指令で動作する集合始動器盤であり、前記リモコン15を介して、前記始動装置4aを介して行う主機関4の始動、停止と、前記制御盤6aを介して行う発電機関の始動、停止と、船内に配置された設備機器や主機関4,発電機関6の各部に冷却水、潤滑油、燃料油等を供給するポンプ(これらに対する予備ポンプを含む)の運転、停止と、前記始動空気や冷却水、潤滑油、燃料油等を供給する配管系に設けたバルブ等の開閉とを行わせると共に、それらのポンプやバルブ等の支援機器の作動の状態を検出して、その検出結果を前記メインコンピュータ12に入力するようになっている。
前記AUTモード22aは、前記主機関4の動力により船舶を推進させる通常の航海状態において、前記主発電機7の余剰電力および前記Gモータ5の発電力を使用して省エネルギー効果を得る運航態様である。
前記ECOモード22bは、船舶の入出港時や緊急時に、前記主機関4および発電機関6を一切使用せず、前記蓄電装置8の電力により、船舶の推進と前記船内負荷20に対する電力の供給とを自動的に行う運航態様である。
前記蓄電モード22cは、前記蓄電装置8の電力を利用して前記船内負荷20に対する電力を自動的に供給する運航態様である。
前記停泊モード22dは、前記主発電機7により前記船内負荷20に対する電力を供給し、その余剰電力で前記蓄電装置8を充電する運航態様である。
前記漂泊モード22eは、前記主発電機7により前記船内負荷20に対する電力を供給し、その余剰電力で前記蓄電装置8を充電すると同時に、船舶の運航開始に備えて待機状態(スタンバイ状態)を維持している運航態様である。
前記BOWモード22gは、船舶の離接岸時等において前記Gモータ5を使用してスラスター運転とシステム操船を可能とする運航態様である。
前記MAXモード22hは、船舶が連続最大出力で航海している状態時に、Gモータ5の動力を推進力として加勢し、船速を更に向上させる運航態様である。
前記MOTモード22iは、前記Gモータ5の動力を単独に使用して船舶の運航に必要な推進力を得る運航態様である。
これらの各モードは、第1操作パネル13上のシーケンス画面の表示と音声案内(ボイスナビゲーション)に従って所定のものを選択してタッチ操作すると、予め定められたシーケンスに従って各機器が所定の動作を自動的に実行して完了するようになっている。
また、始動空気系統の故障とは、主機関4の始動空気装置4aと発電機関6の始動空気装置に圧縮空気を供給するコンプレッサーの異常、コンプレッサーと前記始動空気装置とを連絡する配管の損傷による空気圧(始動用空気圧)の異常や該配管に設けられたバルブ類の動作異常(バルブ類の操作用の制御空気圧を含む)等を含み、前記集合始動盤21からの信号にもとづいて前記メインコンピュータ12が判定するようになっている。
通常、船舶は前記AUTモードで運航されるが、その開始にあたり、前記第1操作パネル13のAUTモード22aをタッチ操作すると、図2に示すように、AUTモードの準備動作(スタンバイ)が行われる。先ず、メインコンピュータ12がリモコン15からの信号によって、主機関4がアイドリング運転状態か否かを判断し(ステップS1)、アイドリング運転状態でない場合は、前記リモコン15に対して主機関4のアイドリング運転を指令する(ステップS2)。主機関4がアイドリング運転状態の場合、プロペラ軸3と主機関4の出力軸4bとを嵌脱する減速機2内の主軸クラッチ2aを「切り(脱)」にするか、プロペラが可変ピッチプロペラ(CPP)の場合は、その翼角を中立にした(ステップS3)後、減速機2内のGモータ用クラッチ2cを「入り(嵌)」にして、Gモータ5を主機関4の出力軸4bに連絡させて発電を行うための準備を行う(ステップS4)。その際、既にGモータ用クラッチ2cが「嵌」でGモータ5が電動機として作動している場合は、Gモータ5に対する発電準備指令によりGモータ用インバータ5aからの電力の供給が停止される。次に、Gモータ用インバータ5aに発電指令(インバータON)が出され、Gモータ5が主機関4の動力の一部により前記Gモータ用クラッチ2cを介して回転して発電を行い、電力の供給を行う(ステップS5)。そして、前記制御盤6aを介して省エネルギーを目的とした発電機関6の停止のための準備動作(スタンバイ)が設定される(ステップS6)。これにより、前記発電機関6が任意に停止されるか、もしくは前記蓄電装置8の蓄電容量が規定値以上で自動停止され(ステップS7)、AUTモードのスタンバイが完了する。
船舶の運航が開始されると、前記軸出力制御ユニット17が主機関4の出力軸4b、プロペラ軸3、Gモータ5の入出力軸5bの各軸出力を監視し、該軸出力が増加方向にあるか減少方向にあるかを軸出力制御ユニット17が判定し(ステップS9)、増加方向にあると判定した場合は、前記メインコンピュータ12が蓄電装置8の蓄電量が上限値(全蓄電容量の100%)以上となっているか否かを判断する(ステップS10)。その結果、前記蓄電装置8が蓄電量の上限値に満たないとき、前記軸出力制御ユニット17が、前記軸出力の増加率が予め設定した規定値(例えば、20%)以上になったか否かを判断する(ステップS11)。前記増加率が規定値以上になっている場合は、メインコンピュータ12が、前記蓄電装置8の蓄電量が規定値(例えば、全蓄電容量の50%)以上であるか否かを判断する(ステップS12)。そして、規定値に満たないときは、発電機関6の駆動で主発電機7による給電で前記蓄電装置8が充電中か否かを判断し(ステップS13)、蓄電装置8が充電中であれば、前記主配電盤・電流演算装置19により余剰電力の有無が判定され(ステップS14)、余剰電力がある場合には、蓄電装置8の消費電力を抑えることから、前記ステップS10で蓄電装置8の蓄電量が上限値以上となっている場合および前記ステップS12で前記蓄電装置8の蓄電量が規定値以上である場合と共に、ステップS15に進む。
この充電中、前記ステップS22で判定される軸出力の減少率が前記規定値以上に変化した場合、船体の慣性エネルギーを利用してGモータ5の発電量を最大にする回生制動信号が、軸出力制御ユニット17からメインコンピュータ12を介してGモータ用インバータ5aに指令され、回生制動が行われ、また、前記減少率が規定値以内に戻った場合、回生制動信号を解除しGモータ用インバータ5aに対して通常の充電動作が指令される。また、前記Gモータ用インバータ5aがGモータ5を発電機として作動させている場合は、発電機関6が作動して主発電機7により電力を給電しているならば(ステップS26)、主配電盤・電流演算装置19により余剰電力が算出され(ステップS27)、余剰電力があるとき(ステップS28)は、該余剰電力も蓄電装置8への充電に加算される。
前記ステップS25における蓄電装置8での充電中は、蓄電装置8の充電量がメインコンピュータ12によって監視され(ステップS29)、前記蓄電装置8が過充電により規制水準に達した場合は、メインコンピュータ12が過充電警報を発令すると同時に、主発電機7による給電が行われていなければ、発電機関6の運転と主発電機7による給電を指令して行わせ(ステップS30)、主配電盤・電流演算装置19に指令してその内部の充放電盤メインスイッチを遮断させる(ステップS31)。
前記発電機関6に故障が発生した場合には、第2操作パネル14の発電機関故障モード23aをタッチ操作すると、図5に示すように、先ず、前記メインコンピュータ12が、前記主機関4が運転中か停止中かを判断し(ステップS1)、主機関4が運転中であれば図2に示す前記AUTモードスタンバイにおけるステップS1〜ステップS5と同様な動作が行われる。すなわち、前記メインコンピュータ12が、主機関4がアイドリング運転状態か否かを判断し(ステップS2)、アイドリング運転状態でない場合は、前記リモコン15に対して主機関4のアイドリング運転を指令する(ステップS3)。主機関4がアイドリング運転状態の場合、プロペラ軸3と主機関4の出力軸4bとを嵌脱する減速機2内の主軸クラッチ2aを「脱」にするか、プロペラ3aが可変ピッチプロペラ(CPP)の場合は、その翼角を中立にした(ステップS4)後、減速機2内のGモータ用クラッチ2cを「嵌」にして、Gモータ5を主機関4の出力軸4bに連絡させて発電を行うための準備を行う(ステップS5)。
なお、前記AUTモードスタンバイの完了後は、前記主機関4に発電用クラッチを介して発電機が連結されている場合には、前記発電用クラッチを「嵌」を選択することにより(ステップS13)、主機関4を発電機専用の機関として使用することが可能となる。前記AUTモード(AUTモードスタンバイ)と蓄電モードは、第2操作パネル14の故障リセットスイッチがタッチ操作されるまで使用可能である。
すなわち、先ず、前記メインコンピュータ12が、前記発電機関6が運転中か停止中かを判定し(ステップS1)、発電機関6が停止中であればその始動を行い(ステップS2)、船内負荷20に対する電源を主発電機7からの給電に切り換える(ステップS3)。次に、主機関4が故障により自動停止しているか否かを判定し(ステップS4)、前記主機関4が自動停止していない場合、主機関4がアイドリング運転中か否かを判定し(ステップS5)、アイドリング運転でない場合は、前記リモコン15に指令して主機関4をアイドリング運転させた(ステップS6)後に、前記減速機2内の主軸クラッチ2aを「脱」とし、プロペラ3aがCPPプロペラであればその翼角を中立とする(ステップS7)。そして、Gモータ用インバータ5aの作動を停止(インバータOFF)させる(ステップS8)と共に、減速機2内におけるGモータ5の入出力軸5bと主機関4の出力軸4bとを接続するGモータ用クラッチ2cを「脱」としてGモータ5を無負荷状態にする(ステップS9)。
そして、前記ステップS4において、前記主機関4が自動停止している場合は、その自動停止信号の受信により故障復帰の際の混乱を防止する目的で、前記ステップS7〜ステップS9と同様な動作であるステップS7a〜ステップS9aを経て前記ステップS12に進む。
なお、前記漂泊モードの運航に移行したときは、前記第2操作パネル14の故障リセットスイッチがタッチ操作されるまで、前記ECOモードまたはMOTモードへの移行による電気推進や、前記蓄電モードまたは停泊モードへの移行による前記船内負荷20への電力供給と前記蓄電装置8の充電を行うことが可能である。
すなわち、先ず、前記メインコンピュータ12が、前記主機関4が故障により自動停止しているか否かを判定し(ステップS1)、自動停止していない場合は、主機関4がアイドリング運転中か否かを判定し(ステップS2)、アイドリング運転でない場合は、アイドリング運転指令を指示し(ステップS3)、前記減速機2内の主軸クラッチ2aを「脱」とし、プロペラ3aがCPPプロペラであれば、その翼角を中立として(ステップS4)、Gモータ用インバータ5aの作動を停止(インバータOFF)させてGモータ5を無負荷状態にする(ステップS5)。次いで、故障した主機関4を停止するための主機関停止設定動作(主機関停止スタンバイ)を行うと共に前記予備ポンプ等の始動を行う(ステップS6)。それらの動作の終了後、主機関4の停止指令が自動発令され、主機関4は停止し(ステップS7)、その後、前記予備ポンプが停止する(ステップS8)。
なお、前記ステップS1において、前記主機関4が自動停止している場合には、その自動停止信号の受信により故障復帰の際の混乱を防止する目的で、前記ステップS4,S5におけると同様な動作であるステップS4a,S5aにより、主軸クラッチ2aの「脱」およびCPP翼角中立、Gモータ用インバータOFFの各動作が行われて、前記ステップS8に進む。
また、前記ステップS11において、蓄電装置8の蓄電量が前記規定値以上と判定した場合は、前記減速機2内のGモータ用クラッチ2cを「嵌」とした(ステップS14)後、Gモータ用インバータ5aと前記スラスター用インバータ9aをONとして、Gモータ5を電動機として作動させると共にスラスター用電動機9を作動させて(ステップS15)、ECOモードによる運航が可能となる。
なお、前記ECOモードによる運航に移行したときは、前記故障リセットスイッチがタッチ操作されるまで、該ECOモードと前記蓄電モードは使用可能である。
なお、前記主機関4が始動されると、その運転信号(主機関4の出力軸4bの回転を検出する回転計等からの信号)によって前記Gモータ用クラッチ2cを「脱」とする。
2 減速機(変速機)
3 プロペラ軸
4 主機関
5 ジェネレータモータ(Gモータ)
5a Gモータ用インバータ
6 発電機関
7 主発電機
8 蓄電装置
11 多機能インバータ(双方向インバータ)
12 メインコンピュータ
13 第1操作パネル
14 第2操作パネル
15 リモートコントロール装置(リモコン)
16a,16b,16c センサ
17 軸出力制御ユニット
19 主制御盤・電流演算装置
20 船内負荷
21 集合始動器盤
23 故障時動作モード
Claims (4)
- 主機関と電動機として作動するジェネレータモータとの一方または両方の出力をプロペラ軸に伝達して船舶を推進させると共に、発電機関により駆動される主発電機と発電機として作動する前記ジェネレータモータとにより発電される電力を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置と前記主発電機と発電機として作動するジェネレータモータの少なくとも1つから供給される電力を船内負荷および前記電動機として作動するジェネレータモータに給電するようにした船舶の駆動制御方法において、
前記発電機関に故障が生じた場合に、前記主機関が運転中のときは、該主機関をアイドリング運転に切り換えた後、前記主機関とプロペラ軸の連絡を断つと共に、該主機関によって前記ジェネレータモータを発電機として駆動させて発電させ、この発電電力を前記船内負荷に供給し、また、前記主機関が停止中のときは、前記蓄電装置の蓄電量が規定値以上あるか否かを判定して、蓄電量が規定値に満たないならば前記主機関をアイドリング運転して前記ジェネレータモータを駆動させ、蓄電量が規定値以上ならば前記蓄電装置によって前記船内負荷に電力を供給することを特徴とする船舶の駆動制御方法。 - 主機関と電動機として作動するジェネレータモータとの一方または両方の出力をプロペラ軸に伝達して船舶を推進させると共に、発電機関により駆動される主発電機と発電機として作動する前記ジェネレータモータとにより発電される電力を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置と前記主発電機と発電機として作動するジェネレータモータの少なくとも1つから供給される電力を船内負荷および前記電動機として作動するジェネレータモータに給電するようにした船舶の駆動制御方法において、
前記主機関に故障が生じた場合に、前記発電機関を運転して主発電機が発電する電力を船内負荷に供給すると共に、前記主機関が停止したか否かを判定して、主機関が停止したときは、該主機関の動力のプロペラ軸と前記ジェネレータモータへの伝達を遮断して該ジェネレータモータの作動を停止させ、また、前記判定で主機関が停止しなかったときは、該主機関をアイドリング運転させた状態で、主機関の動力のプロペラ軸と前記ジェネレータモータへの伝達を遮断して該ジェネレータモータの作動を停止させ、しかる後に、前記主機関の支援機器に対する予備機器を一旦作動させてから主機関を停止させると共に前記予備機器を停止させることを特徴とする船舶の駆動制御方法。 - 主機関と電動機として作動するジェネレータモータとの一方または両方の出力をプロペラ軸に伝達して船舶を推進させると共に、発電機関により駆動される主発電機と発電機として作動する前記ジェネレータモータとにより発電される電力を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置と前記主発電機と発電機として作動するジェネレータモータの少なくとも1つから供給される電力を船内負荷および前記電動機として作動するジェネレータモータに給電するようにした船舶の駆動制御方法において、
前記主機関と発電機関に故障が生じた場合に、前記主機関が停止したか否かを判定して、主機関が停止したときは、該主機関の動力のプロペラ軸への伝達を遮断すると共に前記ジェネレータモータの作動を停止させ、また、前記判定で主機関が停止しなかったときは、該主機関をアイドリング運転させた状態で、主機関の動力のプロペラ軸への伝達を遮断すると共に前記ジェネレータモータの作動を停止させた後、主機関の支援機器に対する予備機器を作動させてから前記主機関を停止させ、しかる後に、船内負荷への電力の供給を蓄電装置からの給電に切換え、該蓄電装置の蓄電量が規定値以上であれば、該蓄電装置の電力で前記ジェネレータモータを電動機として作動させて、その動力を前記プロペラ軸に伝達させることを特徴とする船舶の駆動制御方法。 - 主機関と電動機として作動するジェネレータモータとの一方または両方の出力をプロペラ軸に伝達して船舶を推進させると共に、発電機関により駆動される主発電機と発電機として作動する前記ジェネレータモータとにより発電される電力を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置と前記主発電機と発電機として作動するジェネレータモータの少なくとも1つから供給される電力を船内負荷および前記電動機として作動するジェネレータモータに給電するようにした船舶の駆動制御方法において、
前記主機関の始動空気系統に故障が生じた場合に、前記蓄電装置の蓄電量が規定値以上であるか否かを判定して、蓄電量が規定値に満たないときは前記主発電機で発電される電力を蓄電装置に蓄電させ、蓄電量が規定値以上であるときは、前記ジェネレータモータを電動機として作動させて、その動力によって前記主機関を始動させることを特徴とする船舶の駆動制御方法。
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