JP2015508734A - 船舶における装置および方法 - Google Patents
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Abstract
船舶は、船体(200)と、推進機関(30)、伝達手段(40)、伝達手段(40)を介して推進機関(30)に結合された少なくとも1つのプロペラ(50)を備える少なくとも1つの推進ユニット(100)と、少なくとも1つのプロペラ(50)のキャビテーションを感知するために、少なくとも1つのプロペラ(50)の近くに設置された振動センサ(300)と、を備える。装置は、推進機関(30)を制御するための制御ユニット(400)であり、前記振動センサ(300)が制御ユニット(400)に結合される、制御ユニット(400)をさらに備え、これによって、キャビテーションの悪化が生じているかを検出し、キャビテーションの悪化が生じているときに、キャビテーションの悪化が生じていることを航海船橋の表示ユニット上で示し、および/または、推進機関(30)の回転速度および/または出力を調節するために、振動センサ(300)の出力信号が制御ユニット(400)で解析される。【選択図】 図1
Description
本発明は、請求項1の前文による船舶における装置に関する。
本発明は、請求項12の前文による船舶における方法にも関する。
装置および方法は、船体と、少なくとも1つの推進機関と、伝達手段と、伝達手段を介して少なくとも1つの推進機関に結合された少なくとも1つのプロペラと、船体に支持される上部、下部および前縁部を備える支持構造と、少なくとも1つの推進機関を制御するための制御ユニットとを備える船舶に用いられうる。
船舶は、船舶の船尾に設置された、1つのみの推進機関を有することも、2つ以上の推進機関を有することもできる。プロペラは、単一のプロペラを含むことも、2つの二重反転プロペラを含むこともできる。
装置は、例えば、クルーザー、石油もしくは液化天然ガス運搬用タンカー、車両運搬船、コンテナ船またはフェリー等、特に大型船舶に用いられるのに適している。
日本国の特開2004−182096号公報は、船舶の船体に枢動可能に取り付けられる支持構造と、支持構造に取り付けられたチャンバとを備えるポッド型推進装置を開示している。チャンバは、シャフトの第1の端部に結合されるモータを備え、シャフトの反対側の第2の端部は、チャンバの前端部から突出し、プロペラに結合される。支持構造の回転角度は、船舶の速度が増加するときに、キャビテーションを防止するために制限される。
ロシア国特許第2009957号明細書は、船舶のキャビテーションを低減するためのデバイスを開示している。船舶の船尾のプロペラは、シャフトを介して船舶の船体内のモータに結合される。プロペラのブレードには、振動ドライブを有する可撓性ケーシングが存在する。船舶の船体には、キャビテーションノイズセンサが位置する。可撓性ケーシング用の振動周波数制御ブロックは、ノイズセンサと連続して結合される。プロペラシャフトは、ブラシを有するコレクタに取り付けられる。センサは、音響反射に比例する信号を生成し、入力信号として振動周波数制御ブロックに供給する。振動周波数制御ブロックは、キャビテーションノイズを最小限に低減するために、可撓性振動ケーシング用のドライブに対する帰還信号を生成する。
日本国の特開平9−136694号公報は、船舶に用いられるウォータージェットポンプの自動速度制御を開示している。圧力センサは、船舶が移動するときにウォータージェットポンプの送出圧力を検出する。計算機は、水流中のキャビテーションの発生を避けるために、圧力検出器の出力信号に基づいて、ウォータージェットポンプに適用されうる回転数を計算する。信号セレクタは、計算された回転数と、舵取り制御ユニットによって示された回転数とを比較する。信号セレクタは、より小さい回転数を示す信号を選択することによって、ウォータージェットポンプの駆動モータに制御信号を出力する。
日本国の特開平9−109991号公報は、キャビテーション予防型の船舶用フィンスタビライザを開示している。スタビライザは、シャフトによって船体に枢動可能に支持されるフィンを含む。フィン駆動機構は、シャフトを回転させることによって、フィンの翼角度を調節する。フィンの後方下縁部の水排出ノズルは、巡航中にフィンのキャビテーション形成を制御する。水供給ポンプは、水を供給し、排出ノズルから水を放出する。フィンの後方に設置された水中マイクは、フィンのキャビテーションによって生じたノイズを検出する。水噴射コントローラは、マイクのノイズ検出信号に基づいて供給ポンプを制御することによって、排出ノズルからの水噴射を制御する。
キャビテーションは、局所的な高速度によって局所的な圧力が非常に低くなるある流れ領域で液体が気相に変化するときに生じる。水中で回転するプロペラに関連する少なくとも4つの異なるキャビテーションのタイプは、a)あるレベルを超えるまでは通常の運転とみなされる負圧側からの翼端渦、b)負圧側のシートキャビテーション、c)正圧側からの翼端渦、d)バブルキャビテーションに区分される。
制御ブリッジは、船舶の船尾、すなわち、大型船舶の船尾側200〜400m先にある。また、制御ブリッジは、海面上15〜40mにある。このことは、航海船橋に座っている船長または航海士が通常は船舶の船尾側でプロペラによって生じたキャビテーションを感じたり聞いたりしないことを意味する。したがって、キャビテーションの悪化(worse degree cavitation)が生じている状況を船長および/または航海士に気付かせる必要がある。そのような状況は、一般に、船舶が急に全出力で加速されたとき、または推進ユニットおよび/もしくは船舶が大きな回転角度で回転されたとき生じる。
本発明の目的は、船舶でキャビテーションが生じる状況を管理するための装置および方法である。
船舶における本発明による装置は、請求項1の特徴部分の特徴によって特徴づけられる。
船舶における本発明による方法は、請求項12の特徴部分の特徴によって特徴づけられる。
船舶における本発明による装置は、船体と、推進機関、伝達手段、伝達手段を介して推進機関に結合された少なくとも1つのプロペラを備える少なくとも1つの推進ユニットと、少なくとも1つのプロペラのキャビテーションによって生じた振動を感知するために、少なくとも1つのプロペラの近くに設置された振動センサと、を備える。装置は、少なくとも1つの推進機関を制御するための制御ユニットであり、前記振動センサが制御ユニットに結合される、制御ユニットをさらに備え、これによって、キャビテーションの悪化が生じているかを判定し、キャビテーションの悪化が生じているときに、キャビテーションの悪化が生じていることを航海船橋の表示ユニット上で示し、および/または、少なくとも1つの推進機関の回転速度および/または出力を調節するために、振動センサの出力信号が制御ユニットで解析される。
振動センサが現象の発生源の近く、すなわちプロペラの近くに設置されると、プロペラのキャビテーションを認識することが容易となる。推進ユニットが有害なキャビテーションの悪化を伴う望ましくない運転段階に入ろうとするときに、制御ユニットは、航海船橋の表示ユニットに警告を送り、および/または、推進機関の速度および/または出力を制御する。
プロペラのキャビテーションによって生じた振動を直接測定すると、システムの調整パラメータの量が最小限に制限される。調整パラメータは、プロペラのブレードの周波数感度、バーストのタイプおよび振幅のみである。生の測定値の信号処理も割と簡単であり、このことは、最悪の状態のキャビテーションのインジケーションが早くなることを意味する。推進ユニットの速度ランプは、通常、比較的低く、このことは、より酷いキャビテーションが生じる前に反応するための十分な時間が存在することを意味する。
第1のステージの翼端渦は、例えば、船舶が全速力で駆動する場合等、運転において通常である。第1のステージの翼端渦は、通常、流体力学設計でも考慮されており、プロペラの運転効率は、第1のステージの翼端流によって有害な影響を受けない。キャビテーションが悪化する場合、推進機関全体にとって有害となり、瞬間的または長期の損傷が生じる場合がある。キャビテーションの悪化は、プロペラ効率の急低下をもたらし、船舶の操作性を劇的に低下させる。
プロペラの翼端渦を感知するための振動センサの最適な位置は、翼端渦の「ロープ」が支持構造に衝突する場所である、船舶の駆動方向においてプロペラの後方に設置された支持構造上である。支持構造は、通常の牽引式の推進ユニット(pulling type propulsion unit)、すなわち、プロペラがチャンバの前端部にある推進ユニットでは、プロペラの後方である。
プロペラのブレードが支持構造の正面を通過するときに、支持構造は、流体力学環境の密度差を形成する。翼端渦と支持構造は、影響を及ぼし合う。翼端渦と支持構造の相互作用は、翼端渦が悪化すると、プロペラブレードの周波数バーストを形成する。この時点は、より酷いキャビテーションを避けるために推進制御のアクションを開始するための境界である。
舵取りブリッジ上の別個の底部によってある条件において制御ユニットが無効となる可能性がある。
本発明は、有利には、例えば、クルーザー、石油もしくは液化天然ガス運搬用タンカー、車両運搬船、コンテナ船またはフェリー等の大型船舶に用いられうる。そのような大型船舶の推進ユニットの出力は、少なくとも1MW程度である。
以下では、添付図面を参照しながら、本発明の幾つかの具体的な実施形態が詳細に説明される。
図1は、ポッド推進ユニットを有する船舶における本発明による装置を示している。
装置は、船舶の船尾に設置された推進ユニット100を備える。推進ユニット100は、支持構造10と、チャンバ20と、第1の電動モータ30、シャフト40およびプロペラ50を備える推進機関とを備える。支持構造10は、上部11と、下部12と、前縁部13と、後縁部14を有する。中空の支持構造10の上部11は、船舶の船体200に枢動可能に取り付けられる。チャンバ20は、中空の支持構造10の下部12に固定して取り付けられる。シャフト40は、第1の電動モータ30に結合される第1の端部と、チャンバ20の前端部21から突出し、プロペラ50に結合される第2の端部とを有する。したがって、プロペラ50は、チャンバ20の前端部21に設置される。第1の電動モータ30は、誘導電動モータまたは同期電動モータとすることができる。プロペラ50は、単一のプロペラまたは2つの二重反転プロペラであることができる。船舶の駆動方向は、図に矢印S1で示される。
推進ユニット100は、船舶の船体200に対して回転軸Y−Yの周りに推進ユニット100を回転させるための回転機構60をさらに備える。回転機構60は、船舶の船体200内に設置され、ギヤリム61と第2の電動モータ62を備える。第2の電動モータ62のシャフト63は、ピニオンギヤ64に結合され、ピニオンギヤ64は、ギヤリム61の周縁部に結合される。支持構造10の上部11は、ギヤリム61に結合される。したがって、第2の電動モータ62は、ピニオンギヤ63を回転させ、ピニオンギヤ63は、ギヤリム61を回転させ、ギヤリムは、支持構造10を回転させ、これによって、推進機関100を回転させる。第2の電動モータ62は、誘導電動モータまたは同期電動モータとすることができる。もちろん、ギヤリム61の周縁部の周りに設置された第2の電動モータ62が2つ以上存在することができる。
装置は、少なくとも第1の電動モータ30を制御するための、代わりに第2の電動モータ62も制御するための制御ユニット400も備える。制御ユニット400は、航海船橋からの指令に基づいて第1の電動モータ30および第2の電動モータ62を制御する。電動モータ30、62の回転速度は、例えば周波数変換機によって、制御されうる。
キャビテーションインジケーションのための装置は、支持構造10の前縁部13に設置される振動センサ300も備える。振動センサ300は、プロペラ50のブレードの先端が回転運動中に支持構造10の前縁部13の正面を通過するときの状況におけるプロペラ50のブレードの先端の位置に対応する高さで、支持構造10の前縁部13に設置される。振動センサ300は、制御ユニット400に結合される。振動センサ300のこの位置は、回転するプロペラ50によって形成される特に翼端渦を感知する点から見て最適である。
図2は、ラダーポッドユニットを備える船舶における本発明による装置を示している。
装置は、船舶の船尾に設置された推進ユニット100を備える。推進ユニット100は、支持構造10と、チャンバ20と、第1の電動モータ30、シャフト40、プロペラ50およびラダー70を備える推進機関とを備える。この装置は、ラダー70と、支持構造10が船舶の船体200に固定して支持されたラダーポッドにある点とを除いて、図1のポッド装置に対応する。ラダー70は、回転軸線Y−Yの周りに枢動可能に支持される。
図3は、従来の軸方向推進ユニットを備える船舶における本発明による装置を示している。この装置は、船舶の船体200の外側にポッド装置を有していない。推進ユニット100は、船舶の船体200内の推進機関30と、推進機関30に結合された第1の端部、および船体200の後端部の開口から延び、船体200の外側に設置されたプロペラ50に結合される第2の端部を有するシャフト40とを備える。推進機関30は、例えば、ディーゼル機関または電動モータとすることができる。ラダー70は、船舶の駆動方向S1においてプロペラ50の後方に設置される。ラダー70も、回転軸線Y−Yの周りに枢動可能に支持される。
振動センサ300は、支持構造70すなわちラダー70の前縁部71に、プロペラ50のブレードの先端が回転運動中にラダー70の前縁部71の正面を通過するときの状況におけるプロペラ50のブレードの先端の位置に対応する高さで設置される。振動センサ300Aは、代わりに、図にも示すように、船舶の船体200の底部に取り付けることができる。そのような場合、船体200上の振動センサ300Aの位置は、放射方向においてプロペラ50のブレードの先端の上方となる。
船舶の駆動方向においてプロペラ50の後方に設置される支持構造に取り付けられた振動センサ300を有することが有利である。振動センサ300は、そのような位置で、プロペラ50の特に翼端渦を効果的に感知する。振動センサ300を取り付けるのに適した支持構造は、例えば、ポッドまたはラダー用の支持構造であるが、船舶の駆動方向S1においてプロペラ50の後方に設置された任意の支持構造とすることができる。チャンバ20の後端部にプロペラ50を有するポッドユニットの場合、振動センサ300のためにポッドの後方に別個の支持構造が必要である。
プロペラ50は、単一のプロペラまたは2つの二重反転プロペラの形をとることができる。
振動センサ300、300Aは、例えば、圧力センサ、音響センサまたは加速度センサとすることができる。
振動センサ300が船舶の駆動方向S1においてプロペラ50の後方で支持構造10、70に設置されるときに、最適な位置は、ブレードの先端が最上部位置にあるときのプロペラ50のブレードの先端の高さに対応する基準高さ位置である。基準高さ位置からの許容される垂直偏差V1は、プロペラ50の直径D1の±25%以下である。プロペラ50の後方で支持構造10、70に設置された振動センサ300は、プロペラ50から後方に伝搬するキャビテーションを測定する。
振動センサ300Aが放射方向においてプロペラ50の上方で船体200に設置されるときに、基準長手方向位置は、ブレードの先端が最上部位置にあるときのプロペラ50のブレードの先端の直上方である。基準長手方向位置の許容される水平偏差H1は、プロペラ50の直径D1の50%以下である。プロペラ50の上方で放射方向位置に設置された振動センサ300Aは、プロペラ50から放射方向に伝搬するキャビテーションを測定する。
振動センサ300、300Aは、プロペラ50から生じるキャビテーションを感知できるように配置される必要がある。
制御ユニット400は、別個のユニットとすることができ、船舶の他の制御ユニット内に組み込むことができる。
本発明は、2つ以上の推進ユニットを有する船舶でも実施することができる。例えば、船舶の船尾側に2つの推進ユニットが設けられた船舶は、各プロペラ用の振動センサと、各推進モータ用の制御回路とを必要とする。
上述した本発明の実施形態の例は、本発明の範囲をこれらの実施形態のみに限定することを意図するものではない。請求項の範囲内で幾つかの修正を本発明に施すことができる。
Claims (12)
- 船体(200)と、
推進機関(30)、伝達手段(40)、前記伝達手段(40)を介して前記推進機関(30)に結合された少なくとも1つのプロペラ(50)を備える、少なくとも1つの推進ユニット(100)と、
前記少なくとも1つのプロペラ(50)のキャビテーションによって生じた振動を感知するために、前記少なくとも1つのプロペラ(50)の近くに設置された振動センサ(300)と、を備える船舶における装置であって、
前記少なくとも1つの推進機関(30)を制御するための制御ユニット(400)であり、前記振動センサ(300)が前記制御ユニット(400)に結合される、制御ユニット(400)をさらに備え、
これによって、キャビテーションの悪化が生じているかを判定し、キャビテーションの悪化が生じているときに、キャビテーションの悪化が生じていることを航海船橋の表示ユニット上で示し、および/または、前記少なくとも1つの推進機関(30)の回転速度および/または出力を調節するために、前記振動センサ(300)の出力信号が前記制御ユニット(400)で解析されることを特徴とする装置。 - 前記振動センサ(300)が、前記船体(200)から下向きに突出する支持構造(10、70)の前縁部(14、71)に取り付けられ、前記支持構造(10、70)が、前記船舶の駆動方向(S1)において前記プロペラ(50)の後方に配置されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記振動センサ(300)が、前記少なくとも1つのプロペラ(50)のブレードの先端が最上部位置にあるときのブレードの先端の高さに対応する基準高さ位置で、前記支持構造(10、70)の前記前縁部(14,71)に設置されており、前記プロペラ(50)の直径(D1)の±25%以下である、前記基準高さ位置からの垂直偏差(V1)が許容されることを特徴とする、請求項2に記載の装置。
- 前記振動センサ(330A)が、前記プロペラ(50)の上方の位置で前記船体(200)の底部に設置されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記振動センサ(300A)が、前記プロペラ(50)のブレードの先端が最上部位置にあるときのブレードの先端の直上方の基準長手方向位置で、放射方向において前記プロペラ(50)の上方に設置されており、前記プロペラ(50)の直径(D1)の50%以下である、前記基準長手方向位置からの前記基準長手方向位置の水平偏差(H1)が許容されることを特徴とする、請求項4に記載の装置。
- 回転軸線(Y−Y)の周りで枢動可能に前記船体(200)に支持され、中空本体を備える支持構造(10)と、
前記支持構造(10)を回転させ、これによって、前記船舶を旋回させるために前記船舶の前記船体(200)に関してチャンバ(20)を回転させるための少なくとも1つの第2の電動モータ(62)を備える回転機構(60)と、をさらに備え、
前記少なくとも1つの推進機関(30)が、前端部(21)と後端部(22)を有する前記チャンバ(20)に設置された第1の電動モータ(30)を備え、前記チャンバ(20)が、前記支持構造(10)の下部(12)に固定して取り付けられ、
前記伝達手段(40)が、第1の端部と第2の端部を有するシャフト(40)を備え、前記シャフト(40)の前記第1の端部が前記第1の電動モータ(30)に結合され、前記シャフト(40)の前記第2の端部が、前記チャンバ(20)の前記前端部(21)から突出し、前記少なくとも1つのプロペラ(50)に結合され、
前記振動センサ(300)が、前記船舶の駆動方向(S1)において前記少なくとも1つのプロペラ(50)の後方で前記支持構造(11)の前記前縁部(11)に設置されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 前記船体(200)に固定して取り付けられ、中空本体を備える支持構造(10)と、
前記船舶の駆動方向(S1)において前記支持構造(10)とチャンバ(20)の後方に設置され、回転軸線(Y−Y)の周りで枢動可能に前記船体(200)に支持される、ラダー(70)と、をさらに備え、
前記推進機関(30)が、前端部(21)と後端部(22)を有するチャンバ(20)に設置された第1の電動モータ(30)を備え、前記チャンバ(20)が、前記支持構造(10)の下部(12)に固定して取り付けられ、
前記伝達手段(40)が、第1の端部と第2の端部を有するシャフト(40)を備え、前記シャフト(40)の前記第1の端部が前記第1の電動モータ(30)に結合され、前記シャフト(40)の前記第2の端部が、前記チャンバ(20)の前記前端部(21)から突出し、前記プロペラ(50)に結合され、
前記振動センサ(300)が、前記船舶の駆動方向(S1)において前記少なくとも1つのプロペラ(50)の後方で前記支持構造(11)の前記前縁部(11)に設置されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 回転軸線(Y−Y)の周りで枢動可能に前記船体(200)に支持され、前記船舶の駆動方向(S1)において前記プロペラ(50)の後方に設置されるラダー(70)と、
前記船舶の前記船体(200)内に設置された第1の電動モータまたはディーゼル機関(30)を備える前記推進機関(30)と、
第1の端部と第2の端部を有するシャフト(40)を備え、前記シャフト(40)の前記第1の端部が前記推進機関(30)に結合され、前記シャフト(40)の前記第2の端部が、前記船体(200)の後端部から突出し、前記プロペラ(50)に結合される、前記伝達手段(40)と、
前記振動センサ(300)が、前記船舶の駆動方向(S1)において前記少なくとも1つのプロペラ(50)の後方で前記ラダー(70)の前縁部(11)に設置されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 前記振動センサ(300)が、前記少なくとも1つのプロペラ(50)のブレードの先端が最上部位置にあるときのブレードの先端の高さに対応する基準高さ位置で、前記ラダー(70)の前記前縁部(71)に設置されており、前記プロペラ(50)の直径(D1)の±25%以下である、前記基準高さ位置からの垂直偏差(V1)が許容されることを特徴とする、請求項8に記載の装置。
- 前記船舶が、クルーザー、石油もしくは液化天然ガス運搬用タンカー、車両運搬船、コンテナ船またはフェリーであることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの推進ユニット(100)の出力が少なくとも1MWであることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。
- 船体(200)と、
推進機関(30)、伝達手段(40)、前記伝達手段(40)を介して前記推進機関(30)に結合された少なくとも1つのプロペラ(50)を備える、少なくとも1つの推進ユニット(100)と、
前記少なくとも1つのプロペラ(50)のキャビテーションによって生じた振動を感知するために、前記少なくとも1つのプロペラ(50)の近くに設置された振動センサ(300)と、を備える船舶における方法であって、
前記振動センサ(300)で前記少なくとも1つのプロペラ(50)のキャビテーションを測定するステップと、
前記振動センサ(300)の出力信号を制御ユニット(400)に供給するステップと、
前記少なくとも1つのプロペラ(50)のキャビテーションを検出し、キャビテーションの悪化が生じているかを判定するために、前記制御ユニット(400)で前記振動センサ(300)の前記出力信号を解析するステップと、
キャビテーションの悪化が生じているときに、キャビテーションの悪化が生じていることを航海船橋の表示ユニット上で示し、および/または、前記推進機関(30)の回転速度および/または出力を調節するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
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