JP2013032153A - Ship control method, and ship - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ship control method capable of reducing an inboard surplus power as much as possible, and also capable of controlling a ship speed variation.SOLUTION: The method includes: a step of driving a main engine 22; a step of backing up the main engine 22 by an operation of an electric motor 35; a step of generating power by driving a power turbine 23 by an exhaust gas of the main engine 22; a step of generating power by driving a steam turbine 26 by a steam generated by the exhaust gas of the main engine 22; a step of controlling an electric energy of the power turbine 23 and the steam turbine 26 so as to suppress the surplus power with respect to an inboard demand power as much as possible; and a step of calculating the fuel injection amount of the main engine 22 equivalent to the output by the motor operation as the conversion fuel injection amount, and of controlling the fuel injection amount by subtracting the conversion fuel injection amount from a fuel injection amount supplied to the main engine 22.

Description

本発明は、船舶推進用のメインエンジンの排熱を回収して発電する発電機と、メインエンを加勢する加勢モータを備えた排熱回収型船舶推進装置を備えた船舶の制御方法および船舶に関するものである。   The present invention relates to a ship control method and a ship provided with an exhaust heat recovery type ship propulsion device provided with a generator that collects exhaust heat from a main engine for ship propulsion and generates electric power, and a bias motor that urges a main engine. Is.

従来、船舶用排熱回収システムとして、メインエンジンの排ガスを利用して生成した蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電する排熱回収型船舶推進装置が知られている。また、メインエンジンによって駆動されて発電し、船内の余剰電力を得てメインエンジンを加勢する軸発電機モータが知られている。これらを備えたシステムは、船舶の省エネ化技術として提案されており、例えば下記特許文献1に開示されている。この特許文献1には、メインエンジンの排ガスを利用して蒸気タービンを駆動して発電し、発電した電力を軸発電機モータにて利用する発明が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a ship exhaust heat recovery system, an exhaust heat recovery ship propulsion apparatus that generates power by driving a steam turbine with steam generated by using exhaust gas of a main engine is known. There is also known an axial generator motor that is driven by a main engine to generate electric power, and obtains surplus electric power in the ship to energize the main engine. A system provided with these has been proposed as an energy-saving technique for ships, and is disclosed, for example, in Patent Document 1 below. Patent Document 1 discloses an invention in which exhaust gas from a main engine is used to drive a steam turbine to generate power, and the generated power is used in a shaft generator motor.

特開2007−1339号公報(図1及び図5(e)参照)JP 2007-1339 A (refer to FIG. 1 and FIG. 5 (e))

しかし、蒸気タービン等によって発電された発電電力が船内要求電力に対して過剰となって余剰電力が生じることがある。このような事象は、船内負荷が急減した場合(例えば船内の冷凍コンテナに供給する電力を止めた場合)に発生する。このように余剰電力が発生した場合、船内要求電力と発電電力とのアンバランスによって電力周波数の変動が大きくなる可能性がある。   However, the generated power generated by the steam turbine or the like may be excessive with respect to the required power on board, and surplus power may be generated. Such an event occurs when the load on the ship suddenly decreases (for example, when the power supplied to the refrigerated container in the ship is stopped). When surplus power is generated in this way, fluctuations in power frequency may increase due to an imbalance between inboard required power and generated power.

また、メインエンジンの排ガスによって駆動されて発電するパワータービン(ガスタービン)を設けたシステムについても同様に、船内要求電力と発電電力とのアンバランスによって電力周波数の変動が大きくなる可能性がある。   Similarly, in a system provided with a power turbine (gas turbine) that is driven by the exhaust gas of the main engine and generates power, fluctuations in the power frequency may increase due to an imbalance between the inboard required power and the generated power.

このように、蒸気タービンやパワータービンを備えた排熱回収システムでは、一般に、船内要求電力に基づく発電指令値と現在の発電量とを用いたフィードバック制御によって、蒸気タービンに供給される蒸気量やパワータービンに供給される排ガス量が制御されるので、応答遅れが無視できないものとなっている。したがって、電力周波数の変動を抑えるために船内要求電力に対する応答性を高めることが要求される。   As described above, in an exhaust heat recovery system including a steam turbine or a power turbine, generally, the amount of steam supplied to the steam turbine is controlled by feedback control using a power generation command value based on the ship's required power and the current power generation amount. Since the amount of exhaust gas supplied to the power turbine is controlled, the response delay cannot be ignored. Therefore, in order to suppress fluctuations in the power frequency, it is required to improve the responsiveness to the required power on board.

一方、軸発電機モータは、船内の余剰電力によってモータとして駆動されるため、この軸発電機モータによるアシストトルクが外乱となり、一定速度で航行しようとする船舶が急加速してしまう。   On the other hand, since the shaft generator motor is driven as a motor by surplus electric power in the ship, the assist torque by the shaft generator motor becomes a disturbance, and the ship that wants to sail at a constant speed accelerates rapidly.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、船内余剰電力を可及的に少なくするとともに、船速変動を抑制することができる船舶の制御方法および船舶を提供することを目的とする。   This invention is made in view of such a situation, Comprising: While reducing surplus electric power in a ship as much as possible, while providing the ship control method and ship which can suppress a ship speed fluctuation | variation, Objective.



上記課題を解決するために、本発明の船舶の制御方法および船舶は以下の手段を採用する。
本発明の船舶の制御方法は、メインエンジンを駆動する工程と、モータ運転によって前記メインエンジンを加勢する工程と、前記メインエンジンの排ガスによってパワータービンを駆動させることで発電を行う工程と、前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって蒸気タービンを駆動させることで発電を行う工程と、を備えた船舶の制御方法において、船内需要電力に対しての余剰電力を可及的に抑えるように前記パワータービン及び前記蒸気タービンの電力量を制御する工程と、前記モータ運転による出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算することで燃料噴射量を制御する工程と、を備えることを特徴とする。


In order to solve the above problems, the ship control method and ship according to the present invention employ the following means.
The ship control method of the present invention includes a step of driving a main engine, a step of energizing the main engine by motor operation, a step of generating power by driving a power turbine with exhaust gas of the main engine, and the main A method of generating power by driving a steam turbine with steam generated by engine exhaust gas, and a method for controlling a ship, wherein the power is controlled so as to suppress surplus power with respect to the power demand on the ship as much as possible. A step of controlling the amount of electric power of the turbine and the steam turbine, and a fuel injection amount of the main engine corresponding to an output by the motor operation is calculated as a converted fuel injection amount, and the fuel injection amount supplied to the main engine And a step of controlling the fuel injection amount by subtracting the converted fuel injection amount, That.

また、本発明の船舶の制御方法は、メインエンジンを駆動する工程と、モータ運転によって前記メインエンジンを加勢する工程と、前記メインエンジンの排ガスによってパワータービンを駆動させることで発電を行う工程と、前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって蒸気タービンを駆動させることで発電を行う工程と、を備えた船舶の制御方法において、船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記パワータービンに供給される前記メインエンジンからの排ガスの流量を制御し、かつ/又は、船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を制御する工程と、前記モータ運転による出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算することで燃料噴射量を制御する工程と、を備えることを特徴とする。   Further, the ship control method of the present invention includes a step of driving a main engine, a step of energizing the main engine by motor operation, a step of generating power by driving a power turbine with exhaust gas of the main engine, A method of generating power by driving a steam turbine with steam generated by exhaust gas of the main engine, and a method for controlling the power turbine based on the onboard power demand and the load of the main engine. Controlling the flow rate of exhaust gas supplied from the main engine and / or controlling the flow rate of steam supplied to the steam turbine based on the onboard demand power and the load of the main engine; and the motor The fuel injection amount of the main engine corresponding to the output by operation is converted into fuel injection. Calculated as the amount, characterized in that it comprises a step of controlling the amount of fuel injection by subtracting the converted fuel injection quantity from the fuel injection amount supplied to the main engine.

また、本発明の船舶の制御方法は、メインエンジンを駆動する工程と、モータ運転によって前記メインエンジンを加勢する工程と、前記メインエンジンの排ガスによってパワータービンを駆動させることで発電を行う工程と、前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって蒸気タービンを駆動させることで発電を行う工程と、を備えた船舶の制御方法において、船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記パワータービンに供給される前記メインエンジンからの排ガスの流量を制御するパワータービン用制御弁の開度をフィードフォワード開度として演算し、該パワータービン用制御弁に対して該フィードフォワード開度を出力し、かつ/又は、船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を制御する蒸気タービン用制御弁の開度をフィードフォワード開度として演算し、該パワータービン用制御弁に対して該フィードフォワード開度を出力する工程と、前記モータ運転による出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算することで燃料噴射量を制御する工程と、を備えることを特徴とする。   Further, the ship control method of the present invention includes a step of driving a main engine, a step of energizing the main engine by motor operation, a step of generating power by driving a power turbine with exhaust gas of the main engine, A method of generating power by driving a steam turbine with steam generated by exhaust gas of the main engine, and a method for controlling the power turbine based on the onboard power demand and the load of the main engine. Calculating the opening degree of a power turbine control valve that controls the flow rate of exhaust gas from the main engine to be supplied as a feed forward opening degree, and outputting the feed forward opening degree to the power turbine control valve; and / Or based on ship power demand and main engine load, Calculating the opening degree of a steam turbine control valve that controls the flow rate of steam supplied to the steam turbine as a feedforward opening degree, and outputting the feedforward opening degree to the power turbine control valve; The fuel injection amount of the main engine corresponding to the output by the motor operation is calculated as a converted fuel injection amount, and the fuel injection amount is controlled by subtracting the converted fuel injection amount from the fuel injection amount supplied to the main engine And a step of performing.

また、本発明の船舶は、推進用プロペラを駆動するメインエンジンと、該メインエンジンの排ガスによって駆動されるパワータービンと、前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記パワータービン及び前記蒸気タービンによって駆動されるタービン発電機と、前記メインエンジンと前記推進用プロペラとの間に設けられ、船内の余剰電力を得て該メインエンジンを加勢するモータ運転が可能とされた加勢モータと、を備えた船舶において、船内需要電力に対しての余剰電力を可及的に抑えるように前記パワータービン及び前記蒸気タービンの電力量を制御する制御部と、前記モータ運転による出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算することで燃料噴射量を制御する燃料噴射料制御部と、を備えることを特徴とする。   The ship of the present invention includes a main engine that drives a propeller for propulsion, a power turbine that is driven by exhaust gas of the main engine, a steam turbine that is driven by steam generated by the exhaust gas of the main engine, Provided between a power turbine and a turbine generator driven by the steam turbine, and between the main engine and the propeller for propulsion, motor operation for obtaining surplus power in the ship and energizing the main engine is enabled. In a ship equipped with a boosting motor, a controller for controlling the power amount of the power turbine and the steam turbine so as to suppress as much as possible surplus power with respect to the onboard demand power, and output by the motor operation The corresponding fuel injection amount of the main engine is calculated as a converted fuel injection amount, and the main engine A fuel injection amount control unit for controlling the amount of fuel injected from the fuel injection amount by subtracting the converted fuel injection quantity to be supplied to the gin, characterized in that it comprises a.

また、本発明の船舶は、推進用プロペラを駆動するメインエンジンと、該メインエンジンの排ガスによって駆動されるパワータービンと、前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記パワータービン及び前記蒸気タービンによって駆動されるタービン発電機と、前記メインエンジンと前記推進用プロペラとの間に設けられ、船内の余剰電力を得て該メインエンジンを加勢するモータ運転が可能とされた加勢モータと、を備えた船舶において、船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記パワータービンに供給される前記メインエンジンからの排ガスの流量を制御し、かつ/又は、船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を制御する蒸気タービン制御部と、前記モータ運転による出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算することで燃料噴射量を制御する燃料噴射料制御部と、を備えることを特徴とする。   The ship of the present invention includes a main engine that drives a propeller for propulsion, a power turbine that is driven by exhaust gas of the main engine, a steam turbine that is driven by steam generated by the exhaust gas of the main engine, Provided between a power turbine and a turbine generator driven by the steam turbine, and between the main engine and the propeller for propulsion, motor operation for obtaining surplus power in the ship and energizing the main engine is enabled. In a ship provided with a boost motor, the flow rate of exhaust gas from the main engine supplied to the power turbine is controlled based on the onboard demand power and the load of the main engine, and / or the onboard demand power and Supplied to the steam turbine based on the load of the main engine A steam turbine control unit for controlling the flow rate of air, and a fuel injection amount of the main engine corresponding to an output by the motor operation is calculated as a converted fuel injection amount, and the converted fuel is calculated from the fuel injection amount supplied to the main engine And a fuel injection control unit that controls the fuel injection amount by subtracting the injection amount.

また、本発明の船舶は、推進用プロペラを駆動するメインエンジンと、該メインエンジンの排ガスによって駆動されるパワータービンと、前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、前記パワータービン及び前記蒸気タービンによって駆動されるタービン発電機と、前記メインエンジンと前記推進用プロペラとの間に設けられ、船内の余剰電力を得て該メインエンジンを加勢するモータ運転が可能とされた加勢モータとを備えた船舶において、船内要求電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記パワータービンに供給される前記メインエンジンからの排ガスの流量を制御するパワータービン用制御弁の開度をフィードフォワード開度として演算し、該パワータービン用制御弁に対して該フィードフォワード開度を出力するパワータービン制御部、及び/又は、船内要求電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を制御する蒸気タービン用制御弁の開度をフィードフォワード開度として演算し、該蒸気タービン用制御弁に対して該フィードフォワード開度を出力する蒸気タービン制御部と、前記加勢モータの前記モータ運転時の出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算する燃料噴射量制御部とを備えていることを特徴とする。   The ship of the present invention includes a main engine that drives a propeller for propulsion, a power turbine that is driven by exhaust gas of the main engine, a steam turbine that is driven by steam generated by the exhaust gas of the main engine, Provided between a power turbine and a turbine generator driven by the steam turbine, and between the main engine and the propeller for propulsion, motor operation for obtaining surplus power in the ship and energizing the main engine is enabled. In a ship equipped with a boost motor, the opening degree of a control valve for a power turbine that controls the flow rate of exhaust gas from the main engine supplied to the power turbine is fed based on the required power in the ship and the load of the main engine. Calculated as the forward opening, for the power turbine control valve The power turbine control unit that outputs the feedforward opening and / or the opening of a steam turbine control valve that controls the flow rate of steam supplied to the steam turbine based on the inboard required power and the load of the main engine. A steam turbine control unit that calculates the feedforward opening degree and outputs the feedforward opening degree to the steam turbine control valve; and the main engine corresponding to the output of the boost motor during the motor operation. And a fuel injection amount control unit that calculates the fuel injection amount as a converted fuel injection amount and subtracts the converted fuel injection amount from the fuel injection amount supplied to the main engine.

船内要求電力に基づいてパワータービン用制御弁の開度をフィードフォワード制御するので、船内要求電力に対するパワータービンの応答性が向上する。したがって、船内の余剰電力を可及的に減じることができる。
加勢モータのモータ運転時の出力に相当するメインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、メインエンジンに供給される燃料噴射量から減算するので、余剰電力によって加勢モータがメインエンジンを加勢しても、プロペラ回転数の変動を抑えることができる。
船内余剰電力を低減して電力周波数変動を抑制し、所望の一定速度にて航行できる船舶を提供することができる。
Since the opening degree of the control valve for the power turbine is feedforward controlled based on the inboard required power, the response of the power turbine to the inboard required power is improved. Therefore, the surplus power in the ship can be reduced as much as possible.
Since the fuel injection amount of the main engine corresponding to the output during motor operation of the boost motor is calculated as a converted fuel injection amount and subtracted from the fuel injection amount supplied to the main engine, the boost motor boosts the main engine with surplus power. Even so, fluctuations in the propeller rotational speed can be suppressed.
It is possible to provide a ship capable of navigating at a desired constant speed by reducing in-ship surplus power and suppressing power frequency fluctuations.

本発明によれば、船内要求電力に基づいてパワータービン用制御弁の開度をフィードフォワード制御して船内要求電力に対するパワータービンの応答性を向上させることができるので、船内余剰電力を可及的に減じることができる。
また、船内要求電力に基づいて蒸気タービン用制御弁の開度をフィードフォワード制御して船内要求電力に対する蒸気タービンの応答性を向上させることができるので、船内余剰電力を可及的に減じることができる。
また、加勢モータのモータ運転時の出力に相当するメインエンジンの燃料噴射量(換算燃料噴射量)を用いて燃料噴射量を補正するので、余剰電力によって加勢モータがメインエンジンを加勢する場合でも船速変動を抑えることができる。
According to the present invention, the opening degree of the control valve for the power turbine can be feedforward controlled based on the required power in the ship to improve the power turbine responsiveness to the required power in the ship. Can be reduced to
In addition, since the steam turbine responsiveness to the ship's required power can be improved by feedforward control of the opening degree of the steam turbine control valve based on the ship's required power, it is possible to reduce the ship's surplus power as much as possible. it can.
Further, since the fuel injection amount is corrected by using the fuel injection amount (converted fuel injection amount) of the main engine corresponding to the output during the motor operation of the boost motor, even if the boost motor boosts the main engine with surplus power Speed fluctuation can be suppressed.

本発明の排熱回収型船舶推進装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the waste heat recovery type ship propulsion apparatus of this invention. 船内要求電力およびメインエンジン負荷割合に対して蒸気タービン、パワータービン、軸発電機モータおよび発電用ディーゼルエンジンの負荷分担を示したグラフ図である。It is the graph which showed the load sharing of the steam turbine, the power turbine, the shaft generator motor, and the diesel engine for electric power generation with respect to the ship required electric power and the main engine load ratio. メインエンジン負荷割合ごとに、パワータービン出力目標値と排ガス量調整弁開度(制御弁B開度)との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between a power turbine output target value and exhaust gas amount adjustment valve opening degree (control valve B opening degree) for every main engine load ratio. パワータービンの排ガス量調整弁の開度制御を実現する制御ブロック図である。It is a control block diagram which implement | achieves the opening degree control of the exhaust gas amount adjusting valve of a power turbine. パワータービンの排ガス量調整弁の開度制御を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the opening degree control of the exhaust gas amount adjustment valve of a power turbine. 船舶のメインエンジンに対する燃料噴射量制御を実現する制御ブロック図である。It is a control block diagram which implement | achieves the fuel injection amount control with respect to the main engine of a ship. (a)は軸発電機モータ出力と相当メインエンジン出力(機関出力)との関係を示したグラフであり、(b)はメインエンジン出力(機関出力)、メインエンジン回転数(機関回転数)及び燃料噴射量指令との関係を示したグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the shaft generator motor output and the equivalent main engine output (engine output), (b) is the main engine output (engine output), the main engine speed (engine speed) and 6 is a graph showing a relationship with a fuel injection amount command. 電力余剰状態の判定を行う制御ブロック図である。It is a control block diagram which performs determination of an electric power surplus state. 図6に対して電子制御エンジンの場合を示した制御ブロック図である。FIG. 7 is a control block diagram showing a case of an electronic control engine with respect to FIG. 6. 図9に対して船速を直接制御する場合を示した制御ブロック図である。FIG. 10 is a control block diagram showing a case where ship speed is directly controlled with respect to FIG. 9.

以下に、本発明に係る排熱回収型船舶推進装置およびこれを備えた船舶の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1には、船舶に設けられた排熱回収型船舶推進装置の概略構成が示されている。
排熱回収型船舶推進装置1は、船舶を推進させるメインエンジン22と、メインエンジン22に供給する空気を圧縮する排気タービン過給機21と、パワータービン(ガスタービン)23と、蒸気タービン26と、これらパワータービン23及び蒸気タービン26に対して接続されたタービン発電機28とを備えている。これらメインエンジン22,パワータービン23,蒸気タービン26及びタービン発電機28は、図示しない制御部によってその動作が制御される。
Hereinafter, an embodiment of an exhaust heat recovery type ship propulsion apparatus according to the present invention and a ship provided with the same will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exhaust heat recovery type ship propulsion device provided in a ship.
The exhaust heat recovery type ship propulsion apparatus 1 includes a main engine 22 that propels a ship, an exhaust turbine supercharger 21 that compresses air supplied to the main engine 22, a power turbine (gas turbine) 23, and a steam turbine 26. And a turbine generator 28 connected to the power turbine 23 and the steam turbine 26. The operations of the main engine 22, the power turbine 23, the steam turbine 26, and the turbine generator 28 are controlled by a control unit (not shown).

メインエンジン22は、例えば低速2サイクルディーゼル機関とされている。メインエンジン22の出力軸32には軸発電機モータ(加勢モータ)35が接続されており、この軸発電機モータ35にはプロペラ軸33を介してスクリュープロペラ30が取り付けられている。
また、メインエンジン22には、シリンダライナ(図示せず)、シリンダカバー(図示せず)等からなる複数のシリンダが設けられており、各シリンダ内には、クランク軸と連結されたピストン(図示せず)が配置されている。さらに、各シリンダの排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド(図示せず)と接続されており、排気マニホールドは、排気タービン過給機21のタービン部21aの入口側と接続されるとともに、パワータービン23の入口側と接続されている。一方、各シリンダの給気ポート(図示せず)は、給気マニホールド(図示せず)と接続されており、給気マニホールドは、インタークーラとされた空気冷却器31を介して排気タービン過給機21のコンプレッサ部21bと接続されている。
軸発電機モータ35は、船内の余剰電力を得てメインエンジン22を加勢するモータ運転を行う一方で、メインエンジン22によって駆動されて発電する発電運転を行うことが可能となっている。軸発電機モータ35の動作は、図示しない制御部によって制御される。
The main engine 22 is, for example, a low speed two-cycle diesel engine. A shaft generator motor (biasing motor) 35 is connected to the output shaft 32 of the main engine 22, and a screw propeller 30 is attached to the shaft generator motor 35 via a propeller shaft 33.
The main engine 22 is provided with a plurality of cylinders including a cylinder liner (not shown), a cylinder cover (not shown), and the like. In each cylinder, a piston (see FIG. (Not shown) is arranged. Further, an exhaust port (not shown) of each cylinder is connected to an exhaust manifold (not shown), and the exhaust manifold is connected to the inlet side of the turbine portion 21a of the exhaust turbine supercharger 21, The inlet side of the power turbine 23 is connected. On the other hand, an air supply port (not shown) of each cylinder is connected to an air supply manifold (not shown), and the air supply manifold is supercharged with an exhaust turbine via an air cooler 31 serving as an intercooler. The compressor unit 21b of the machine 21 is connected.
The shaft generator motor 35 is capable of performing a power generation operation in which power is generated by being driven by the main engine 22 while performing a motor operation that obtains surplus power in the ship and energizes the main engine 22. The operation of the shaft generator motor 35 is controlled by a control unit (not shown).

排気タービン過給機21のタービン部21aの下流側には、排ガスエコノマイザが設けられている。この排ガスエコノマイザには、排気タービン過給機21からの排ガスだけでなく、パワータービン23からの排ガスも導入されるようになっている。排ガスエコノマイザの熱交換部では、導入された排ガスの熱によって給水管(図示せず)から供給された水が加熱・蒸発されて過熱蒸気が発生する。熱交換部で生成された過熱蒸気は主蒸気として蒸気タービン26に導入され、また、この蒸気タービン26で仕事を終えた蒸気は復水器29に導かれて水に戻される。復水器29にて復水された水は、空気冷却器31やメインエンジン22の壁部を冷却して温められた後、排ガスエコノマイザへ再び供給される。   An exhaust gas economizer is provided on the downstream side of the turbine portion 21 a of the exhaust turbine supercharger 21. In this exhaust gas economizer, not only exhaust gas from the exhaust turbine supercharger 21 but also exhaust gas from the power turbine 23 is introduced. In the heat exchange part of the exhaust gas economizer, water supplied from a water supply pipe (not shown) is heated and evaporated by the heat of the introduced exhaust gas, and superheated steam is generated. The superheated steam generated in the heat exchange section is introduced into the steam turbine 26 as main steam, and the steam that has finished work in the steam turbine 26 is led to the condenser 29 and returned to the water. The water condensed in the condenser 29 is cooled and warmed by the air cooler 31 and the wall of the main engine 22 and then supplied again to the exhaust gas economizer.

パワータービン23は、メインエンジン22の排気マニホールドから抽気された排ガスによって回転駆動されるようになっており、また、蒸気タービン26は、排ガスエコノマイザによって生成された蒸気が供給されて回転駆動されるようになっている。
パワータービン23と蒸気タービン26とは直列に結合されてタービン発電機28を駆動するようになっている。蒸気タービン26の出力軸は減速機27およびカップリング(図示せず)を介してタービン発電機28に接続され、また、パワータービン23の出力軸は減速機24およびクラッチ25を介して蒸気タービン26の入力軸と連結されている。クラッチ25としては、所定の回転数にて嵌脱されるクラッチが用いられ、例えばSSS(Synchro-Self-Shifting)クラッチが好適に用いられる。
The power turbine 23 is rotationally driven by the exhaust gas extracted from the exhaust manifold of the main engine 22, and the steam turbine 26 is rotationally driven when supplied with the steam generated by the exhaust gas economizer. It has become.
The power turbine 23 and the steam turbine 26 are coupled in series to drive the turbine generator 28. The output shaft of the steam turbine 26 is connected to a turbine generator 28 via a speed reducer 27 and a coupling (not shown), and the output shaft of the power turbine 23 is connected to the steam turbine 26 via a speed reducer 24 and a clutch 25. Connected to the input shaft. As the clutch 25, a clutch that is engaged and disengaged at a predetermined rotational speed is used. For example, an SSS (Synchro-Self-Shifting) clutch is preferably used.

パワータービン23の排ガス流れ上流側には、パワータービン23に導入するガス量を制御する排ガス量調整弁(パワータービン用制御弁)Bと、非常時にパワータービン23への排ガスの供給を遮断する非常停止用緊急遮断弁Aとが設けられている。また、排ガス量調整弁Bへの排ガス流れをバイパスするためのバイパス弁Cが設けられている。   On the upstream side of the exhaust gas flow of the power turbine 23, there is an exhaust gas amount adjusting valve (power turbine control valve) B for controlling the amount of gas introduced into the power turbine 23, and an emergency for shutting off the supply of exhaust gas to the power turbine 23 in an emergency. A stop emergency shutoff valve A is provided. Further, a bypass valve C for bypassing the exhaust gas flow to the exhaust gas amount adjusting valve B is provided.

蒸気タービン26の蒸気流れ上流側には、蒸気タービン26に導入する蒸気量を制御する蒸気量調整弁(蒸気タービン用制御弁)Eと、非常時に蒸気タービン26への蒸気の供給を遮断する非常停止用緊急遮断弁Dとが設けられている。また、蒸気量調整弁Eへの蒸気流れをバイパスするためのバイパス弁Fが設けられている。
上述の排ガス量調整弁Bおよび蒸気量調整弁Eは、後述するようにそれぞれの開度が制御部によって制御される。
On the upstream side of the steam flow of the steam turbine 26, there is a steam amount adjusting valve (steam turbine control valve) E that controls the amount of steam introduced into the steam turbine 26, and an emergency that shuts off the supply of steam to the steam turbine 26 in an emergency. A stop emergency shutoff valve D is provided. A bypass valve F for bypassing the steam flow to the steam amount adjusting valve E is provided.
As described later, the opening degree of each of the exhaust gas amount adjusting valve B and the steam amount adjusting valve E is controlled by the control unit.

以上のようにタービン発電機28は、メインエンジン22の排ガス(燃焼ガス)の排気エネルギーを回収して動力として駆動されるようになっている。
タービン発電機28にて発電された電力は、図示しない電力線を介して船内系統へと接続されている。また、軸発電機モータ35によって発電された電力も、図示しない電力線を介して船内系統へと接続されている。さらに、本実施形態の船舶は、発電用ディーゼルエンジンDG1,DG2,DG3(図示せず)を補機発電機として3台備えており、これらの発電電力も、図示しない電力線を介して船内系統へと接続されている。
船内要求電力は、船内系統に接続された電流計および電圧計から得た電流値および電圧値から図示しない制御部にて演算するようになっている。
As described above, the turbine generator 28 is driven as power by collecting the exhaust energy of the exhaust gas (combustion gas) of the main engine 22.
The electric power generated by the turbine generator 28 is connected to the inboard system via a power line (not shown). Further, the electric power generated by the shaft generator motor 35 is also connected to the inboard system via a power line (not shown). Furthermore, the ship of the present embodiment includes three diesel generators DG1, DG2, and DG3 (not shown) for power generation as auxiliary generators, and these generated powers are also sent to the inboard system via power lines (not shown). Connected with.
The inboard required power is calculated by a control unit (not shown) from current values and voltage values obtained from an ammeter and a voltmeter connected to the inboard system.

発電を行う蒸気タービン26、パワータービン23、軸発電機モータ35、及び3台の発電用ディーゼルエンジンDG1,DG2,DG3の負荷分担は、船内要求電力およびメインエンジン22の負荷に基づいて、図2のように決定される。
図2において、横軸はメインエンジン22の負荷割合(%)を示し、縦軸は船内要求電力(kW)を示す。なお、縦軸および横軸の数値は、船舶の種類、大きさ等によって適宜決定される。同図に示した例は、コンテナ船の場合を示しており、冷凍コンテナへ給電しない場合(without Ref Container)の船内要求電力と、全ての冷凍コンテナへ給電する場合(with Max Ref Container)の船内要求電力が示されている。
The load sharing of the steam turbine 26, the power turbine 23, the shaft generator motor 35, and the three power generation diesel engines DG1, DG2, and DG3 that generate electric power is based on the inboard required power and the load of the main engine 22, as shown in FIG. It is determined as follows.
In FIG. 2, the horizontal axis indicates the load ratio (%) of the main engine 22, and the vertical axis indicates the inboard required power (kW). The numerical values on the vertical axis and the horizontal axis are appropriately determined depending on the type, size, etc. of the ship. The example shown in the figure shows the case of a container ship. The required power in the ship when no power is supplied to the refrigerated container (without Ref Container) and the ship in the case where power is supplied to all refrigerated containers (with Max Ref Container) The required power is shown.

メインエンジン負荷割合が小さい場合は、蒸気タービン(ST)やパワータービン(PT)を動作させるのに十分な排気エネルギーが得られないため、3台の発電用ディーゼルエンジンDG1,DG2,DG3のみによって船内要求電力を満たすように運転される。各発電用ディーゼルエンジンDG1,DG2,DG3は、船内要求電力の増加に伴い、第1発電用ディーゼルエンジンDG1、第2発電用ディーゼルエンジンDG2、第3発電用ディーゼルエンジンDG3の順に立ち上げていく。   When the main engine load ratio is small, sufficient exhaust energy cannot be obtained to operate the steam turbine (ST) and the power turbine (PT), and therefore, only three power generation diesel engines DG1, DG2, and DG3 are used to enter the ship. Operated to meet the required power. Each of the power generation diesel engines DG1, DG2, and DG3 is started up in the order of the first power generation diesel engine DG1, the second power generation diesel engine DG2, and the third power generation diesel engine DG3 in accordance with an increase in the ship's required power.

メインエンジン負荷割合が所定値以上になると、蒸気タービン(ST)が起動可能な蒸気量を得ることができる排ガス熱量が得られるので、先ず蒸気タービン(ST)を起動する。メインエンジン負荷割合が上昇するにつれて、軸発電機モータ(SGM)を起動し、そしてパワータービン(PT)を起動する。
メインエンジン負荷割合が上昇するにつれて蒸気タービン(ST)、軸発電機モータ(SGM)、パワータービン(PT)が順次起動するにしたがい、発電用ディーゼルエンジンについては、第3発電用ディーゼルエンジンDG3,第2発電用ディーゼルエンジンDG2,第1発電用ディーゼルエンジンDG1の順に負荷分担を下げていく。
When the main engine load ratio becomes equal to or higher than a predetermined value, the heat quantity of exhaust gas capable of obtaining the amount of steam that can be activated by the steam turbine (ST) can be obtained, so the steam turbine (ST) is first activated. As the main engine load rate increases, the shaft generator motor (SGM) is started and the power turbine (PT) is started.
As the main engine load ratio increases, the steam turbine (ST), the shaft generator motor (SGM), and the power turbine (PT) are sequentially started. The load sharing is reduced in the order of the second power generation diesel engine DG2 and the first power generation diesel engine DG1.

同図に示されているように、メインエンジン負荷割合が通常航海時の場合で、平均船内要求電力の場合には、蒸気タービン(ST)26、パワータービン(PT)23、及び軸発電機モータ(SGM)35によって発電が行われ、発電用ディーゼルエンジンDG1,DG2,DG3では発電を必要としないことが分かる。また、蒸気タービン(ST)及びパワータービン(PT)は、エンジン負荷割合に応じた出力可能電力を出力するようにして優先的に発電することとし、軸発電機モータ(SGM)については、エンジン負荷割合に応じた出力可能電力の所定割合のみを発電させて出力を抑えることとしている。このように、軸発電機モータ(SGM)よりも蒸気タービン(ST)及びパワータービン(PT)を優先することにより、メインエンジン22の排熱回収を最大限行うこととしている。   As shown in the figure, when the main engine load ratio is during normal voyage and the average shipboard power requirement, the steam turbine (ST) 26, the power turbine (PT) 23, and the shaft generator motor It can be seen that power is generated by (SGM) 35 and that no power generation is required in power generation diesel engines DG1, DG2, and DG3. In addition, the steam turbine (ST) and the power turbine (PT) generate power preferentially so as to output outputable power corresponding to the engine load ratio, and the shaft generator motor (SGM) Only a predetermined ratio of the output power according to the ratio is generated to suppress the output. Thus, the exhaust heat recovery of the main engine 22 is performed to the maximum by giving priority to the steam turbine (ST) and the power turbine (PT) over the shaft generator motor (SGM).

[パワータービンの制御]
次に、パワータービン23の制御について説明する。
パワータービン23の排ガス量調整弁Bの開度は、図3に示すように、パワータービン出力目標値に対して、メインエンジン負荷割合ごとに予め決定されている。同図では、メインエンジン負荷割合50%、60%及び100%に対する排ガス量調整弁Bの開度マップが示されている。このようなマップは、数値計算若しくは実測によって予め得られており、制御部のメモリに格納されている。また、マップによる演算に代えて、換算係数を用いた数式モデルにより逐次計算しても良い。
[Control of power turbine]
Next, control of the power turbine 23 will be described.
As shown in FIG. 3, the opening degree of the exhaust gas amount adjustment valve B of the power turbine 23 is determined in advance for each main engine load ratio with respect to the power turbine output target value. In the figure, an opening degree map of the exhaust gas amount adjusting valve B with respect to main engine load ratios of 50%, 60% and 100% is shown. Such a map is obtained in advance by numerical calculation or actual measurement, and is stored in the memory of the control unit. Moreover, it may replace with the calculation by a map and may calculate sequentially by the numerical formula model using a conversion factor.

図4には、パワータービン23の制御を行う制御ブロック図が示されている。この制御ブロック図に基づいて、図5のフローチャートに従ってパワータービン23の開度指令が以下のように行われる。
図5のステップS1で開始されると、ステップS2で、メインエンジン負荷割合毎に所望のパワータービン出力が得られる排ガス量調整弁(制御弁B)の開度マップ(図3参照)を数値計算若しくは実測にて予め得ておく。
FIG. 4 shows a control block diagram for controlling the power turbine 23. Based on this control block diagram, the opening command of the power turbine 23 is issued as follows according to the flowchart of FIG.
When started in step S1 in FIG. 5, in step S2, numerical calculation is performed on an opening map (see FIG. 3) of the exhaust gas amount adjusting valve (control valve B) that can obtain a desired power turbine output for each main engine load ratio. Alternatively, it is obtained in advance by actual measurement.

次いで、ステップS3では、発電出力指令計算器2により、パワータービン出力目標値を算出する。パワータービン出力目標値は、メインエンジン負荷割合および船内要求電力に応じて、図2に示したマップから得られる。船内要求電力は、上述の通り船内系統から得られる電流値および電圧値から演算される。   Next, in step S <b> 3, the power turbine output target value is calculated by the power generation output command calculator 2. The power turbine output target value is obtained from the map shown in FIG. 2 in accordance with the main engine load ratio and the inboard required power. The inboard required power is calculated from the current value and voltage value obtained from the inboard system as described above.

ステップS4でパワータービン実出力値を計測し、ステップS5でパワータービン出力目標値とパワータービン実出力値との差が減算器3によって計算される。そして、ステップS6では、減算器3によって得られた制御偏差を基にPID制御器4でPID制御演算を行い、フィードバック制御量(操作量)O1を導出する。   In step S4, the power turbine actual output value is measured, and in step S5, the difference between the power turbine output target value and the power turbine actual output value is calculated by the subtractor 3. In step S6, a PID control calculation is performed by the PID controller 4 based on the control deviation obtained by the subtracter 3, and a feedback control amount (operation amount) O1 is derived.

ステップS7では、パワータービン目標回転数とパワータービン実回転数との回転数偏差に基づいて、開度換算器でフィードバック制御量(操作量)O2を演算する。
ステップS8では、図3に示したマップから、開度計算器5で得られたパワータービン出力目標値およびメインエンジン負荷割合を用いて、排ガス量調整弁Bの開度を得て、フィードフォワード制御量(操作量)O3を求める。
In step S7, based on the rotational speed deviation between the power turbine target rotational speed and the actual power turbine rotational speed, a feedback control amount (operation amount) O2 is calculated by an opening degree converter.
In step S8, the opening of the exhaust gas amount adjusting valve B is obtained from the map shown in FIG. 3 using the power turbine output target value and the main engine load ratio obtained by the opening calculator 5, and feedforward control is performed. An amount (operation amount) O3 is obtained.

そして、ステップS9で、フィードバック制御量O2とフィードフォワード制御量O3との和が加算器6で行われ、この出力結果とフィードバック制御量O1との和が加算器7で行われ、最終的に排ガス量調整弁Bの開度指令値が決定される。
以上のステップS3〜S9の演算を所定の制御周期によって繰り返し行うことにより、船内要求電力の変動に対応したパワータービン23の制御を行う。
In step S9, the sum of the feedback control amount O2 and the feedforward control amount O3 is performed by the adder 6, and the sum of the output result and the feedback control amount O1 is performed by the adder 7. Finally, the exhaust gas is exhausted. The opening command value of the amount adjusting valve B is determined.
Control of the power turbine 23 corresponding to the fluctuation | variation of inboard required electric power is performed by repeating the calculation of the above step S3-S9 with a predetermined | prescribed control period.

このように、船内要求電力に基づいて排ガス量制御弁Bの開度をフィードフォワード制御するので、船内要求電力に対するパワータービン23の応答性を向上させることができ、結果として船内の余剰電力を可及的に減じることができる。   Thus, since the opening degree of the exhaust gas amount control valve B is feedforward controlled based on the inboard required power, the responsiveness of the power turbine 23 to the inboard required power can be improved, and as a result, surplus power in the ship can be allowed. It can be reduced as much as possible.

[蒸気タービンの制御]
次に、蒸気タービンの制御について説明する。
蒸気タービン26の蒸気量調整弁Eの開度は、上述したパワータービン23の排ガス量調整弁Bと同様にフィードフォワード制御を用いて行われる。
すなわち、メインエンジン負荷割合毎に蒸気タービン出力目標値に対する蒸気量調整弁Eの開度を図3と同じ要領で予め得ておき、制御部のメモリに格納しておく。
そして、図4に示した制御ブロック図のように、メインエンジン負荷割合と船内要求電力から図2のマップに従い、発電出力指令計算器2にて蒸気タービン出力目標値を得る。この蒸気タービン出力目標値と、蒸気タービン実出力値との差を減算器3によって演算し、PID制御器4によってフィードバック制御量(操作量)O1を演算する。
また、開度計算器5によって、メインエンジン負荷割合および蒸気タービン出力目標値に基づいて、蒸気タービンに関する図3のマップから蒸気量調整弁Eの開度のフィードフォワード制御量(操作量)O3を得る。このフィードフォワード制御量O3と、蒸気タービン目標回転数と蒸気タービン実回転数との回転数偏差に基づいて開度換算器にて得られたフィードバック制御量O2とを加算器6で加算するとともに、この出力結果とフィードバック制御量O1との和を加算器7で演算する。このようにして、蒸気量調整弁Eの開度が決定される。以上の開度計算を所定の制御周期によって繰り返し行うことにより、船内要求電力の変動に対応した蒸気タービン26の制御を行う。
[Control of steam turbine]
Next, control of the steam turbine will be described.
The opening degree of the steam amount adjusting valve E of the steam turbine 26 is performed using feedforward control in the same manner as the exhaust gas amount adjusting valve B of the power turbine 23 described above.
That is, the opening degree of the steam amount adjusting valve E with respect to the steam turbine output target value is obtained in advance in the same manner as in FIG. 3 and stored in the memory of the control unit for each main engine load ratio.
Then, as shown in the control block diagram of FIG. 4, the steam turbine output target value is obtained by the power generation output command calculator 2 according to the map of FIG. 2 from the main engine load ratio and the inboard required power. The difference between this steam turbine output target value and the actual steam turbine output value is calculated by the subtractor 3, and the feedback control amount (operation amount) O1 is calculated by the PID controller 4.
Further, the opening calculator 5 calculates the feedforward control amount (operation amount) O3 of the opening of the steam amount adjusting valve E from the map of FIG. 3 regarding the steam turbine based on the main engine load ratio and the steam turbine output target value. obtain. The adder 6 adds the feedforward control amount O3 and the feedback control amount O2 obtained by the opening converter based on the rotational speed deviation between the steam turbine target rotational speed and the actual steam turbine rotational speed. The adder 7 calculates the sum of the output result and the feedback control amount O1. In this way, the opening degree of the steam amount adjusting valve E is determined. By repeating the above opening degree calculation at a predetermined control cycle, the steam turbine 26 is controlled in response to fluctuations in inboard required power.

このように、船内要求電力に基づいて蒸気量調整弁Eの開度をフィードフォワード制御するので、船内要求電力に対する蒸気タービン26の応答性を向上させることができ、結として船内の余剰電力を可及的に減じることができる。   Thus, since the opening degree of the steam amount adjusting valve E is feedforward controlled based on the required power in the ship, the responsiveness of the steam turbine 26 to the required power in the ship can be improved, and as a result, surplus power in the ship can be allowed. It can be reduced as much as possible.

以上の通り、本実施形態では、パワータービン23の排ガス量調整弁Bの開度制御と蒸気タービン26の蒸気量調整弁Eの開度制御は、それぞれ独立して行われる。
ただし、一般的に蒸気系の応答は遅いため、蒸気タービン制御をマスタ、パワータービンをスレーブとして動作させ、パワータービンの指令を作成するようにしてもよい。具体的には、図4の発電出力指令計算器2にてパワータービン目標出力を演算する際に、蒸気タービン負荷を加味する。これにより、パワータービン側で蒸気タービン側の負荷を監視しながら排ガス量調整弁Bの開度をコントロールし、余剰電力の変動がパワータービンのほうにつられないように制御弁の開度指令を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the opening degree control of the exhaust gas amount adjusting valve B of the power turbine 23 and the opening degree control of the steam amount adjusting valve E of the steam turbine 26 are performed independently.
However, since the response of the steam system is generally slow, the steam turbine control may be operated as a master and the power turbine as a slave to generate a power turbine command. Specifically, the steam turbine load is taken into account when calculating the power turbine target output by the power generation output command calculator 2 of FIG. Thereby, the opening degree of the exhaust gas amount adjusting valve B is controlled while monitoring the load on the steam turbine side on the power turbine side, and the opening degree instruction of the control valve is issued so that the fluctuation of surplus power is not directed toward the power turbine. be able to.

[軸発電機モータの制御]
次に、軸発電機モータ35の制御について説明する。
図1に示した排熱回収型船舶推進装置1は、パワータービン23や蒸気タービン26の船内要求電力に対する応答性を向上させたため、余剰電力を可及的に抑えることができるようになっている。しかし、想定以上に船内要求電力が急激に減少してしまい、比較的大きな余剰電力が発生したときは、余剰電力によって駆動される軸発電機モータ35からのアシストトルクが外乱となり、一定速度で航行しようとする船舶が急加速してしまう。そこで、本実施形態では、以下に示す制御を行う。
[Control of shaft generator motor]
Next, control of the shaft generator motor 35 will be described.
Since the exhaust heat recovery type ship propulsion apparatus 1 shown in FIG. 1 has improved the responsiveness with respect to the ship's required power of the power turbine 23 and the steam turbine 26, it can suppress surplus power as much as possible. . However, if the required power in the ship suddenly decreases more than expected and a relatively large surplus power is generated, the assist torque from the shaft generator motor 35 driven by the surplus power becomes a disturbance and sails at a constant speed. The ship you are trying to accelerate suddenly accelerates. Therefore, in the present embodiment, the following control is performed.

図6には、船舶の燃料噴射量制御ロジックを示す制御ブロック図が示されている。同図において、船舶の操縦者が要求するプロペラ回転速度によりプロペラ回転数指令が与えられると、その目標とする要求されたプロペラ回転数は制御器41で燃料噴射量に換算され、燃料噴射指令を与える。   FIG. 6 is a control block diagram showing the fuel injection amount control logic of the ship. In the figure, when a propeller rotational speed command is given by the propeller rotational speed requested by the ship operator, the requested propeller rotational speed as the target is converted into a fuel injection amount by the controller 41, and the fuel injection command is output. give.

一方、船内要求電力の急減により発生する余剰電力量を検知し、電力余剰状態であると判定されると(後述する図8参照)、マップA(後述する図7参照)による軸発電機モータ35の出力に相当するメインエンジン出力を、図6に示す機関出力演算器45で演算する。そして、燃料噴射量演算器46にて、マップB(後述する図7参照)を用いてメインエンジン回転数およびメインエンジン出力に相当する燃料噴射量(換算燃料噴射量)をフィードフォワード制御量として演算する。この余剰電力によって求められる燃料噴射量のフィードフォワード制御量を減算器47へ伝送し、制御器41の燃料噴射指令から差し引く。減算器47からの補正後の燃料噴射指令をメインエンジン22へ与える。このように、フィードフォワード制御を加えることにより最終的にメインエンジン22に供給すべき燃料噴射量を制御する。   On the other hand, if the surplus power amount generated by the sudden decrease in the required power on board is detected and determined to be in the power surplus state (see FIG. 8 described later), the shaft generator motor 35 according to the map A (see FIG. 7 described later) The main engine output corresponding to the output is calculated by the engine output calculator 45 shown in FIG. Then, the fuel injection amount calculator 46 calculates a fuel injection amount (converted fuel injection amount) corresponding to the main engine speed and the main engine output as a feedforward control amount using the map B (see FIG. 7 described later). To do. The feed-forward control amount of the fuel injection amount obtained by this surplus power is transmitted to the subtractor 47 and subtracted from the fuel injection command of the controller 41. The corrected fuel injection command from the subtractor 47 is given to the main engine 22. In this manner, the fuel injection amount to be finally supplied to the main engine 22 is controlled by applying the feedforward control.

次いで、軸発電機モータ35からのアシストトルクを加算し、航行負荷(例えば、船体抵抗)を減算した後の回転数を、回転数計算器43にてエンジン軸のセンサ出力に基づいて回転数計算を行う。その出力結果であるプロペラ実出力値をフィードバックしてプロペラ回転数指令値との差分が減算器44にて演算される。   Next, the rotational speed after adding the assist torque from the shaft generator motor 35 and subtracting the navigation load (for example, hull resistance) is calculated by the rotational speed calculator 43 based on the sensor output of the engine shaft. I do. The actual output value of the propeller as the output result is fed back, and the difference from the propeller rotation speed command value is calculated by the subtractor 44.

上述した燃料噴射量のフィードフォワード制御量は、機関出力演算器45と、燃料噴射量演算器46にて、予め作成された図7(a)及び図7(b)に示すマップA及びマップBをそれぞれ用いて演算される。図7(a)のマップAは、軸発電機モータ35のモータ出力に相当する機関出力を演算することができるマップであり、2次元マップで示される。また、図7(b)のマップBは、メインエンジン回転数およびメインエンジン出力に相当する燃料噴射量(換算燃料噴射量)を演算することができるマップであり、3次元マップで示される。
このように、軸発電機モータ35のモータ出力を直接検知することから、図7(a),(b)に示したマップA及びマップBにより、燃料噴射量のフィードフォワード制御量を演算することができる。なお、マップによる演算に代えて、換算係数を用いた数式モデルにより逐次計算しても良い。
The above-described feedforward control amount of the fuel injection amount is obtained by the map A and the map B shown in FIGS. 7A and 7B, which are created in advance by the engine output calculator 45 and the fuel injection amount calculator 46, respectively. Are calculated using each. The map A in FIG. 7A is a map that can calculate the engine output corresponding to the motor output of the shaft generator motor 35, and is shown as a two-dimensional map. Further, a map B in FIG. 7B is a map in which a fuel injection amount (converted fuel injection amount) corresponding to the main engine speed and the main engine output can be calculated, and is shown as a three-dimensional map.
As described above, since the motor output of the shaft generator motor 35 is directly detected, the feedforward control amount of the fuel injection amount is calculated from the map A and the map B shown in FIGS. 7A and 7B. Can do. Note that, instead of the calculation by the map, the calculation may be sequentially performed by a mathematical model using a conversion coefficient.

図6に示したフィードフォワード制御を開始する電力余剰状態についての判定は、図8に示す電力余剰状態判定手段で判定される。
電力余剰状態判定手段は、まず船内要求電力演算51で船内系統の電圧と電流値とから船内要求電力が演算される。この船内要求電力演算は、図4を用いて説明したパワータービン23及び蒸気タービン26の制御の際に用いる船内要求電力演算と同様である。
一方、排熱回収システムを搭載した船舶では、タービン発電機28、軸発電機モータ35および発電用ディーゼルエンジンの合計が電力供給である。よって、これらの出力の合計から、船内要求電力を減算することにより余剰電力を求めることができる。そして、電力余剰状態判定で、求めた余剰電力と予め定めた閾値とを比較し、余剰電力が閾値を越えたときに電力余剰状態と判定し、上述した図6に示す制御を開始する。
以上の通り、余剰電力を検知して電力余剰状態であると判定された場合に目標のプロペラ回転数となるように、軸発電機モータ35のモータ運転時の出力に相当するメインエンジンの燃料噴射量をフィードフォワード制御量として用いてエンジンの燃料噴射量を制御することにより、船内要求電力が急減した場合でも船速の変動を抑制することができる。
The determination regarding the power surplus state for starting the feedforward control illustrated in FIG. 6 is performed by the power surplus state determination unit illustrated in FIG.
In the power surplus state determination means, first, the inboard required power is calculated from the voltage and current value of the inboard system in the inboard required power calculation 51. This inboard required power calculation is the same as the inboard required power calculation used in controlling the power turbine 23 and the steam turbine 26 described with reference to FIG.
On the other hand, in a ship equipped with an exhaust heat recovery system, the total of the turbine generator 28, the shaft generator motor 35, and the power generating diesel engine is the power supply. Therefore, surplus power can be obtained by subtracting the inboard required power from the total of these outputs. Then, in the power surplus state determination, the obtained surplus power is compared with a predetermined threshold, and when the surplus power exceeds the threshold, it is determined as a power surplus state, and the control shown in FIG. 6 described above is started.
As described above, the fuel injection of the main engine corresponding to the output at the time of motor operation of the shaft generator motor 35 so that the target propeller rotational speed is obtained when the surplus power is detected and determined to be the surplus power state. By controlling the fuel injection amount of the engine using the amount as a feedforward control amount, fluctuations in ship speed can be suppressed even when the required power on board is drastically reduced.

なお、図6ではメインエンジン22として、燃料噴射を機械的に制御する機械制御エンジンを用いているが、図9に示すように電子制御エンジンにも好適に用いられる。この場合、メインエンジン22は電子制御エンジンであるため、制御器41に燃料噴射量の換算情報を入れ込むことができる。このように、エンジンが電子制御エンジンの場合、予め機関のガバナである制御器41に余剰電力演算結果の燃料噴射情報を直接入力することができ、1つの制御信号をアクチュエータに送るだけで良いためシステムをより簡単に構成することができる。   In FIG. 6, a mechanical control engine that mechanically controls fuel injection is used as the main engine 22. However, the main engine 22 is also suitably used for an electronic control engine as shown in FIG. In this case, since the main engine 22 is an electronically controlled engine, conversion information on the fuel injection amount can be entered into the controller 41. As described above, when the engine is an electronic control engine, the fuel injection information of the surplus power calculation result can be directly input in advance to the controller 41 which is the governor of the engine, and it is only necessary to send one control signal to the actuator. The system can be configured more easily.

さらに、図10に示すように、図9を用いて説明した電子制御エンジンに加えて、船舶の操縦者が要求する船速となるように直接制御することとしてもよい。
図10に示すように、船舶の操縦者が要するプロペラ回転速度及び船速により指令が与えられると、その目標とする要求されたプロペラ回転数及び船速は制御器41で燃料噴射量に換算され、メインエンジン22へ燃料噴射量の指令を与える。メインエンジン22は、電子制御エンジンであるため、制御器41に燃料噴射量の換算情報やGPSなどで検知された船速を入れ込むことができる。これにより、回転数、船速計算器48にて回転数だけでなく船速の目標値を得ることができるので、船舶の操縦者が要求する船速となるように船速を直接制御することが可能となる。
Furthermore, as shown in FIG. 10, in addition to the electronic control engine described with reference to FIG. 9, direct control may be performed so that the boat speed required by the ship operator is obtained.
As shown in FIG. 10, when a command is given by the propeller rotation speed and the ship speed required by the ship operator, the target required propeller rotation speed and the ship speed are converted into a fuel injection amount by the controller 41. Then, a command for the fuel injection amount is given to the main engine 22. Since the main engine 22 is an electronically controlled engine, it is possible to insert into the controller 41 the conversion information of the fuel injection amount and the ship speed detected by GPS or the like. As a result, the speed / ship speed calculator 48 can obtain the target value of the ship speed as well as the speed, so that the ship speed can be directly controlled so that the ship speed required by the ship operator is obtained. Is possible.

以上の通り、本実施形態によれば、船内要求電力に基づいてパワータービン用制御弁Bおよび蒸気タービン用制御弁Eの開度をフィードフォワード制御することとしたので、船内余剰電力を可及的に少なくすることができる。
さらに、急激な船内要求電力の減少によって想定以上の船内余剰電力が生じた場合であっても、軸発電機モータ35のモータ運転時の出力に相当するメインエンジン22の燃料噴射量(換算燃料噴射量)を用いて燃料噴射量を補正するので、船速変動を抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the opening degrees of the control valve B for the power turbine and the control valve E for the steam turbine E are feedforward controlled based on the required power in the ship, surplus power in the ship is made as much as possible. Can be reduced.
Further, even when a surplus inboard power more than expected occurs due to a sudden decrease in inboard required power, the fuel injection amount (converted fuel injection) of the main engine 22 corresponding to the output of the shaft generator motor 35 during motor operation. The amount of fuel injection is corrected using the amount, so that fluctuations in ship speed can be suppressed.

なお、本実施形態では、パワータービン23及び蒸気タービン26の夫々について船内要求電力に基づくフィードフォワード制御を行うこととしたが、本発明はこれに限定されず、パワータービン23及び蒸気タービン26のいずれか一方に本発明のフィードフォワード制御を用いることとしても良い。   In the present embodiment, the feedforward control based on the inboard required power is performed for each of the power turbine 23 and the steam turbine 26. However, the present invention is not limited to this, and any of the power turbine 23 and the steam turbine 26 is performed. On the other hand, the feedforward control of the present invention may be used.

1 排熱回収型船舶推進装置
21 排気タービン過給機
22 メインエンジン
23 パワータービン
26 蒸気タービン
28 タービン発電機
35 軸発電機モータ(加勢モータ)
B 排ガス量調整弁(パワータービン用制御弁)
E 蒸気量調整弁(蒸気タービン用制御弁)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waste heat recovery type ship propulsion apparatus 21 Exhaust turbine supercharger 22 Main engine 23 Power turbine 26 Steam turbine 28 Turbine generator 35 Shaft generator motor (heating motor)
B Exhaust gas control valve (Power turbine control valve)
E Steam control valve (Control valve for steam turbine)

Claims (6)

メインエンジンを駆動する工程と、
モータ運転によって前記メインエンジンを加勢する工程と、
前記メインエンジンの排ガスによってパワータービンを駆動させることで発電を行う工程と、
前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって蒸気タービンを駆動させることで発電を行う工程と、
を備えた船舶の制御方法において、
船内需要電力に対しての余剰電力を可及的に抑えるように前記パワータービン及び前記蒸気タービンの電力量を制御する工程と、
前記モータ運転による出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算することで燃料噴射量を制御する工程と、
を備えることを特徴とする船舶の制御方法。
Driving the main engine;
Energizing the main engine by motor operation;
A step of generating power by driving a power turbine with the exhaust gas of the main engine;
A step of generating power by driving a steam turbine with steam generated by the exhaust gas of the main engine;
In a method for controlling a ship provided with
Controlling the power amount of the power turbine and the steam turbine so as to suppress as much as possible surplus power with respect to the onboard power demand;
The fuel injection amount of the main engine corresponding to the output by the motor operation is calculated as a converted fuel injection amount, and the fuel injection amount is controlled by subtracting the converted fuel injection amount from the fuel injection amount supplied to the main engine And a process of
A method for controlling a ship, comprising:
メインエンジンを駆動する工程と、
モータ運転によって前記メインエンジンを加勢する工程と、
前記メインエンジンの排ガスによってパワータービンを駆動させることで発電を行う工程と、
前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって蒸気タービンを駆動させることで発電を行う工程と、
を備えた船舶の制御方法において、
船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記パワータービンに供給される前記メインエンジンからの排ガスの流量を制御し、かつ/又は、船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を制御する工程と、
前記モータ運転による出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算することで燃料噴射量を制御する工程と、
を備えることを特徴とする船舶の制御方法。
Driving the main engine;
Energizing the main engine by motor operation;
A step of generating power by driving a power turbine with the exhaust gas of the main engine;
A step of generating power by driving a steam turbine with steam generated by the exhaust gas of the main engine;
In a method for controlling a ship provided with
Based on the inboard demand power and the load on the main engine, control the flow rate of the exhaust gas from the main engine supplied to the power turbine, and / or on the basis of the inboard demand power and the load on the main engine, Controlling the flow rate of steam supplied to the steam turbine;
The fuel injection amount of the main engine corresponding to the output by the motor operation is calculated as a converted fuel injection amount, and the fuel injection amount is controlled by subtracting the converted fuel injection amount from the fuel injection amount supplied to the main engine And a process of
A method for controlling a ship, comprising:
メインエンジンを駆動する工程と、
モータ運転によって前記メインエンジンを加勢する工程と、
前記メインエンジンの排ガスによってパワータービンを駆動させることで発電を行う工程と、
前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって蒸気タービンを駆動させることで発電を行う工程と、
を備えた船舶の制御方法において、
船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記パワータービンに供給される前記メインエンジンからの排ガスの流量を制御するパワータービン用制御弁の開度をフィードフォワード開度として演算し、該パワータービン用制御弁に対して該フィードフォワード開度を出力し、かつ/又は、船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を制御する蒸気タービン用制御弁の開度をフィードフォワード開度として演算し、該パワータービン用制御弁に対して該フィードフォワード開度を出力する工程と、
前記モータ運転による出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算することで燃料噴射量を制御する工程と、
を備えることを特徴とする船舶の制御方法。
Driving the main engine;
Energizing the main engine by motor operation;
A step of generating power by driving a power turbine with the exhaust gas of the main engine;
A step of generating power by driving a steam turbine with steam generated by the exhaust gas of the main engine;
In a method for controlling a ship provided with
Based on the onboard demand power and the load of the main engine, the opening degree of the control valve for the power turbine that controls the flow rate of the exhaust gas from the main engine supplied to the power turbine is calculated as the feed forward opening degree, and the power Steam turbine control that outputs the feedforward opening to the turbine control valve and / or controls the flow rate of steam supplied to the steam turbine based on the onboard power demand and the load of the main engine Calculating the valve opening as a feedforward opening, and outputting the feedforward opening to the power turbine control valve;
The fuel injection amount of the main engine corresponding to the output by the motor operation is calculated as a converted fuel injection amount, and the fuel injection amount is controlled by subtracting the converted fuel injection amount from the fuel injection amount supplied to the main engine And a process of
A method for controlling a ship, comprising:
推進用プロペラを駆動するメインエンジンと、
該メインエンジンの排ガスによって駆動されるパワータービンと、
前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記パワータービン及び前記蒸気タービンによって駆動されるタービン発電機と、
前記メインエンジンと前記推進用プロペラとの間に設けられ、船内の余剰電力を得て該メインエンジンを加勢するモータ運転が可能とされた加勢モータと、
を備えた船舶において、
船内需要電力に対しての余剰電力を可及的に抑えるように前記パワータービン及び前記蒸気タービンの電力量を制御する制御部と、
前記モータ運転による出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算することで燃料噴射量を制御する燃料噴射料制御部と、
を備えることを特徴とする船舶。
A main engine that drives the propeller for propulsion,
A power turbine driven by the exhaust gas of the main engine;
A steam turbine driven by steam generated by the exhaust gas of the main engine;
A turbine generator driven by the power turbine and the steam turbine;
An energizing motor provided between the main engine and the propeller for propulsion, capable of operating the motor to energize the main engine by obtaining surplus power in the ship;
In a ship equipped with
A control unit for controlling the power amount of the power turbine and the steam turbine so as to suppress surplus power with respect to the onboard demand power as much as possible;
The fuel injection amount of the main engine corresponding to the output by the motor operation is calculated as a converted fuel injection amount, and the fuel injection amount is controlled by subtracting the converted fuel injection amount from the fuel injection amount supplied to the main engine A fuel injection charge control unit,
A ship characterized by comprising.
推進用プロペラを駆動するメインエンジンと、
該メインエンジンの排ガスによって駆動されるパワータービンと、
前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記パワータービン及び前記蒸気タービンによって駆動されるタービン発電機と、
前記メインエンジンと前記推進用プロペラとの間に設けられ、船内の余剰電力を得て該メインエンジンを加勢するモータ運転が可能とされた加勢モータと、
を備えた船舶において、
船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記パワータービンに供給される前記メインエンジンからの排ガスの流量を制御し、かつ/又は、船内需要電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を制御する蒸気タービン制御部と、
前記モータ運転による出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算することで燃料噴射量を制御する燃料噴射料制御部と、
を備えることを特徴とする船舶。
A main engine that drives the propeller for propulsion,
A power turbine driven by the exhaust gas of the main engine;
A steam turbine driven by steam generated by the exhaust gas of the main engine;
A turbine generator driven by the power turbine and the steam turbine;
An energizing motor provided between the main engine and the propeller for propulsion, capable of operating the motor to energize the main engine by obtaining surplus power in the ship;
In a ship equipped with
Based on the inboard demand power and the load on the main engine, control the flow rate of the exhaust gas from the main engine supplied to the power turbine, and / or on the basis of the inboard demand power and the load on the main engine, A steam turbine controller that controls the flow rate of steam supplied to the steam turbine;
The fuel injection amount of the main engine corresponding to the output by the motor operation is calculated as a converted fuel injection amount, and the fuel injection amount is controlled by subtracting the converted fuel injection amount from the fuel injection amount supplied to the main engine A fuel injection charge control unit,
A ship characterized by comprising.
推進用プロペラを駆動するメインエンジンと、
該メインエンジンの排ガスによって駆動されるパワータービンと、
前記メインエンジンの排ガスによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービンと、
前記パワータービン及び前記蒸気タービンによって駆動されるタービン発電機と、
前記メインエンジンと前記推進用プロペラとの間に設けられ、船内の余剰電力を得て該メインエンジンを加勢するモータ運転が可能とされた加勢モータと、
を備えた排熱回収型船舶推進装置において、
船内要求電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記パワータービンに供給される前記メインエンジンからの排ガスの流量を制御するパワータービン用制御弁の開度をフィードフォワード開度として演算し、該パワータービン用制御弁に対して該フィードフォワード開度を出力するパワータービン制御部、及び/又は、船内要求電力および前記メインエンジンの負荷に基づいて、前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を制御する蒸気タービン用制御弁の開度をフィードフォワード開度として演算し、該蒸気タービン用制御弁に対して該フィードフォワード開度を出力する蒸気タービン制御部と、
前記加勢モータの前記モータ運転時の出力に相当する前記メインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、前記メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算する燃料噴射量制御部と、
を備えていることを特徴とする船舶。
A main engine that drives the propeller for propulsion,
A power turbine driven by the exhaust gas of the main engine;
A steam turbine driven by steam generated by the exhaust gas of the main engine;
A turbine generator driven by the power turbine and the steam turbine;
An energizing motor provided between the main engine and the propeller for propulsion, capable of operating the motor to energize the main engine by obtaining surplus power in the ship;
In the exhaust heat recovery type ship propulsion device equipped with
Based on the ship's required power and the load of the main engine, the opening degree of the control valve for the power turbine that controls the flow rate of the exhaust gas from the main engine supplied to the power turbine is calculated as the feed forward opening degree, and the power A power turbine control unit that outputs the feedforward opening degree to the turbine control valve and / or a flow rate of steam supplied to the steam turbine is controlled based on inboard required power and a load of the main engine. A steam turbine control unit that calculates the opening degree of the steam turbine control valve as a feed forward opening degree and outputs the feed forward opening degree to the steam turbine control valve;
Fuel injection for calculating the fuel injection amount of the main engine corresponding to the output of the energizing motor during the motor operation as a converted fuel injection amount, and subtracting the converted fuel injection amount from the fuel injection amount supplied to the main engine A quantity control unit;
A ship characterized by comprising:
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