JP2016153259A - 船舶推進システム、船舶及び船舶推進方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この船舶推進システムを用いると、通常航行時は燃費の良い主機関によって駆動する軸発電機で発電した電力を船尾側プロペラ用モータに供給し、運航スケジュールの遅れなどにより船速を上げる必要があるときは軸発電機を使用せず、主機関は主プロペラの駆動にのみ使用し、船尾側プロペラは主発電機による発電電力で駆動させることで推進に供するパワーを上げて船速を上げることができる。
以下、本発明の第一実施形態による船舶推進システムを図1〜図7を参照して説明する。
図1は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第一の図である。
船舶推進システム1は、フェリー等の旅客船や貨物船などに備えられた船舶の推進システムである。
図1が示すように船舶推進システム1は、主発電機10A、主発電機10B、主発電機10C、配電盤11、変圧器12、インバータ13、ポッド推進器14、モータ15、船尾側プロペラ16、推進用主機関20、軸発電機モータ21、サイリスタインバータ22、同期調速機23、制御装置30を備えている。主発電機10A〜10Cを総称して主発電機10とよぶ。
配電盤11は、主発電機10A、主発電機10B、主発電機10C、変圧器12、サイリスタインバータ22、図示しない船内機器と接続されている。配電盤11は、主発電機10A〜10Cと変圧器12、サイリスタインバータ22、図示しない船内機器との間にあって電気回路の開閉や電気系統の切換えを行う。例えば、配電盤11は、主発電機10A〜10Cが発電した電力を、変圧器12および船内機器へ電力を供給する電気系統へ分配する。また、所定の条件下では、配電盤11は、変圧器12や船内機器に加え、サイリスタインバータ22へ電力を供給する。また、所定の条件下では、配電盤11は、後述する軸発電機モータ21の発電電力をサイリスタインバータ22や船内機器に供給する。
インバータ13は、船尾側プロペラ16の回転数が、所望の回転数となるように、変圧器12が出力した電圧と周波数を、所望の電圧と周波数に制御する。
ポッド推進器14は、主プロペラ24の後方に配置された繭型の推進装置である。ポッド推進器14は、モータ15と船尾側プロペラ16を具備して構成される。
モータ15は、ポッド推進器14に内蔵された電動機である。モータ15は、インバータ13が制御した電力により回転駆動する。
船尾側プロペラ16は、モータ15の回転軸と同軸にシャフト17を介して接続されており、モータ15の駆動に伴い回転する。船尾側プロペラ16は、主プロペラ24の船尾側に設けられており、主プロペラ24による推進力を補助したり、船の離接岸の際にサイドスラスタとして用いられたりする。
軸発電機モータ21は、推進用主機関20の出力によるシャフト27の回転によって発電する発電機と主発電機10が発電した電力により回転駆動するモータとを備える装置である。軸発電機モータ21は、シャフト27に設けられている。なお、軸発電機モータ21は推進用主機関20の船尾側に配置されているが船首側に配置してもよい。軸発電機モータ21が、発電機として動作するモードを発電モードとよび、モータとして動作するモードを電動モードとよぶ。制御装置30は、例えば船舶に要求される推進力に応じて軸発電機モータ21の運転モードを発電モードと電動モードに切り替える。
また、軸発電機モータ21が発電モードで動作するときは、推進用主機関20がシャフト27を回転駆動し、その回転が第2ギアを介して第1ギアに伝達され、軸発電機モータ21の回転軸が回転する。このように、軸発電機モータ21が発電モードで動作するときは、軸発電機モータ21は、シャフト27の回転によって発電する
同期調速機23は、軸発電機モータ21による発電電力の電圧および周波数、または配電盤11から出力された電力の電圧及び周波数を制御する装置である。サイリスタインバータ22および同期調速機23は、軸発電機モータ21が発電した電力を制御し配電盤11へ出力する。また、サイリスタインバータ22および同期調速機23は、配電盤11から出力された電力を制御し軸発電機モータ21へ出力する。
主プロペラ24は、推進用主機関20とシャフト27を介して接続されており、シャフト27の回転駆動により回転し、船舶の走行に必要な推進力の大半を発生させる。また、軸発電機モータ21が電動モードで動作するときは、主プロペラ24は、推進用主機関20の出力に加え軸発電機モータ21の出力によって加勢された動力によって回転する。なお、図1において主プロペラ24と船尾側プロペラ16は、同軸上に対向して備えられており、1組の二重反転プロペラ(CRP)を形成している。
(動作例1)
主発電機10A〜10Cは、発電電力を配電盤11へ出力し、配電盤11は、入力した電力の一部を船内電力として、船内機器へ出力する。また、配電盤11は、入力した電力の一部を変圧器12へ出力する。この電力は、変圧器12、インバータ13を経てモータ15へ供給され、船尾側プロペラ16の駆動電力として用いられる。一方、推進用主機関20は、シャフト27を介して主プロペラ24を回転させる。このように動作例1では、推進用主機関20の出力により、主プロペラ24が回転し、主発電機10A〜10Cから供給される電力により船尾側プロペラ16を回転させることによって船舶を推進する。
船舶推進システム1の船舶推進時の動作の別の例について説明する。動作例1と同様に主発電機10A〜10Cの電力は、船内機器と船尾側プロペラ16の回転に用いられる。また、制御装置30は、例えば、船舶のスピードが所定の速度で以下であることを条件に、軸発電機モータ21を発電モードで動作させる。これにより、推進用主機関20の動力は、主プロペラ24を回転させるために用いられるだけでなく、軸発電機モータ21を回転させるためにも用いられる。軸発電機モータ21は、推進用主機関20の出力によってシャフト27と共に回転し電力を発電させる。軸発電機モータ21は、発電した電力を、サイリスタインバータ22を介して配電盤11へ出力する。制御装置30は、配電盤11を制御し、軸発電機モータ21による発電電力が変圧器12へ供給されるように電気系統を切り替える。配電盤11は、軸発電機モータ21から入力した電力を変圧器12へ出力する。変圧器12に入力された電力はインバータ13を介してモータ15へ出力され、船尾側プロペラ16の回転に用いられる。このように、動作例2では、軸発電機モータ21による発電電力が船尾側プロペラ16の回転に用いられる。これにより、主発電機10A〜10Cによる発電電力を他の船内機器などに優先的に割り当てることができる。あるいは、主発電機10A〜10Cによる発電電力を少なくし、省エネ化することができる。なお、軸発電機モータ21による発電電力は、船内機器用の電力として用いてもよい。
さらに、船舶推進システム1の船舶推進時の動作の別の例について説明する。動作例1、2と同様に主発電機10A〜10Cの電力は、船内機器と船尾側プロペラ16の回転に用いられる。また、推進用主機関20の出力は、主プロペラ24を回転させるために用いられる。さらに、この動作例3では、制御装置30が、例えば、船舶のスピードが所定の速度より大きいことを条件に、配電盤11を制御し、主発電機10A〜10Cの発電電力を、サイリスタインバータ22へ出力するよう電力系統を切り替える。主発電機10A〜10Cによる発電電力は、サイリスタインバータ22と同期調速機23を介して軸発電機モータ21に供給される。また、制御装置30は、軸発電機モータ21を電動モードで動作させる。軸発電機モータ21がモータとして動作することにより、軸発電機モータ21は、主発電機10A〜10Cの発電電力の一部を動力源とし回転駆動する。軸発電機モータ21の回転動力は、推進用主機関20の出力による主プロペラ24の回転を加勢する。つまり動作例3では、軸発電機をモータとして利用することで、主発電機10A〜10Cの発電電力の一部を、主プロペラ24の推進加勢に利用する。
(1機1軸CRP(FPP))
図2は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第二の図である。
図2の船舶推進システム1は、推進用主機関が1機、主プロペラが1軸の構成を示している。図2の船舶推進システム1は、船尾側プロペラと主プロペラが同軸上の近接する位置に向かい合って設けられた二重反転式プロペラ方式を採用した推進システムである。
図2に示すように、船舶推進システム1は、主発電機10A、10B、10C、配電盤11、変圧器12、インバータ13、モータ15、FPP161、低速ディーゼル機関201、軸発電機モータ21、サイリスタインバータ22、同期調速機23、主プロペラ24を備えている。
図2の船舶推進システム1は、モータ15がポッド推進器内ではなく船内に設けられている。モータ15は、図示しない機械的な伝達機構によって回転動作をシャフト17に伝達し、FPP161を回転させる。なお、図2の船舶推進システム1においては、船尾側プロペラ16の一例として、FPP(Fixed Pitch Propeller:固定ピッチプロペラ)161を、また、推進用主機関20の一例として、定格運転時での回転速度が比較的遅い低速ディーゼル機関201を備えている。図2の船舶推進システム1の他の構成や動作(動作例1〜動作例3)は、図1と同様である。
図3は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第三の図である。
図3の船舶推進システム1も図2と同様に、推進用主機関が1機、主プロペラが1軸の二重反転式プロペラ方式を採用した推進システムである。
図3に示すように、船舶推進システム1は、主発電機10A、10B、10C、配電盤11、モータ15、CPP162、低速ディーゼル機関201、軸発電機モータ21、サイリスタインバータ22、同期調速機23、主プロペラ24を備えている。
図3の船舶推進システム1においても、モータ15は船内に設けられ、図示しない機械的な伝達機構によって回転動作がシャフト17に伝達される。なお、図3の船舶推進システム1においては、船尾側プロペラ16の一例として、CPP(Controllable Pitch Propeller:可変ピッチプロペラ)162を、また、推進用主機関20の一例として、低速ディーゼル機関201を備えている。また、FPP161が回転数を制御することで必要な推進力を得るのに対し、CPP162は、回転数は一定のまま、プロペラピッチ(翼角)を変化させることで必要な推進力を得ることができる。従って図3の構成の場合、FPPを備えた図2と異なり、回転数の制御に必要なインバータ13と変圧器12を備えていない。図3の船舶推進システム1の他の構成や動作は、図2と同様である。
図4は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第四の図である。
図4の船舶推進システム1は、推進用主機関が2機、主プロペラが1軸の構成を示している。また、図4の場合、1つの主プロペラに対し、主プロペラの回転軸を対称軸として2つの船尾側プロペラを線対象に配置した構成となっている。
図4に示すように、船舶推進システム1は、主発電機10A、10B、10C、配電盤11、変圧器12A、変圧器12B、インバータ13A、インバータ13B、モータ15A、モータ15B、FPP161A、FPP161B、中速ディーゼル機関202A、中速ディーゼル機関202B、軸発電機モータ21、サイリスタインバータ22、同期調速機23、主プロペラ24、減速機25を備えている。
配電盤11は、主発電機10A〜10C、変圧器12A、変圧器12B、サイリスタインバータ22と接続されている。変圧器12Aはインバータ13Aと接続され、インバータ13Aはモータ15Aと接続されている。モータ15Aは、機械的な伝達機構を介してシャフト17Aと接続されている。同様に、変圧器12Bはインバータ13Bと接続され、インバータ13Bはモータ15Bと接続されている。モータ15Bは、機械的な伝達機構を介してシャフト17Bと接続されている。
図4の船舶推進システム1においては、船尾側プロペラ16の一例として、2機のFPP161A、FPP161Bを、また、推進用主機関20の一例として、2機の中速ディーゼル機関202A、中速ディーゼル機関202Bを備えている。
また、動作例3の場合、制御装置30は、軸発電機モータ21を、電動モードで動作させる。また、制御装置30は、配電盤11の電気系統を図1での説明と同様切り替える。配電盤11は、主発電機10A〜10Cの発電電力の一部を、サイリスタインバータ22を介して軸発電機モータ21へ出力し、軸発電機モータ21は、回転駆動することによって、推進用主機関20による主プロペラ24の回転に加勢する。
図5は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第五の図である。
図5の船舶推進システム1も図4と同様に、推進用主機関が2機、主プロペラが1軸の構成を示している。
図5に示すように、船舶推進システム1は、主発電機10A、10B、10C、配電盤11、モータ15A、モータ15B、CPP162A、CPP162B、中速ディーゼル機関202A、中速ディーゼル機関202B、軸発電機モータ21、サイリスタインバータ22、同期調速機23、主プロペラ24、減速機25を備えている。図5の船舶推進システム1においては、船尾側プロペラ16の一例として、2機のCPP162A、CPP162Bを、また、推進用主機関20の一例として、2機の中速ディーゼル機関202A、中速ディーゼル機関202Bを備えている。図5の船舶推進システム1の船尾側プロペラは、CPPであるため、図4と異なり、変圧器12、インバータ13を備えていない。図5の船舶推進システム1の他の構成や動作は、図4と同様である。
図6は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第六の図である。
図6の船舶推進システム1は、推進用主機関が2機、主プロペラが2軸の構成を示している。
図6に示すように、船舶推進システム1は、主発電機10A、10B、10C、配電盤11、変圧器12A、変圧器12B、インバータ13A、インバータ13B、モータ15A、モータ15B、FPP161A、FPP161B、中速ディーゼル機関202A、中速ディーゼル機関202B、軸発電機モータ21A、軸発電機モータ21B、サイリスタインバータ22A、サイリスタインバータ22B、同期調速機23A、同期調速機23B、主プロペラ24A、主プロペラ24Bを備えている。図6の船舶推進システム1においては、船尾側プロペラ16の一例として、2機のFPP161A、FPP161Bを、また、推進用主機関20の一例として、2機の中速ディーゼル機関202A、中速ディーゼル機関202Bを備えている。
図7は、本発明に係る第一実施形態における船舶推進システムの一例を示す第七の図である。
図7の船舶推進システム1も図6と同様に、推進用主機関が2機、主プロペラが2軸の構成を示している。
図7に示すように、船舶推進システム1は、主発電機10A、10B、10C、配電盤11、モータ15A、モータ15B、CPP162A、CPP162B、中速ディーゼル機関202A、中速ディーゼル機関202B、軸発電機モータ21A、軸発電機モータ21B、サイリスタインバータ22A、サイリスタインバータ22B、同期調速機23A、同期調速機23B、主プロペラ24A、主プロペラ24Bを備えている。図7の船舶推進システム1においては、船尾側プロペラ16の一例として、2機のCPP162A、CPP162Bを、また、推進用主機関20の一例として、2機の中速ディーゼル機関202A、中速ディーゼル機関202Bを備えている。図7の場合、変圧器12、インバータ13が存在せず、配電盤11は、モータ15と接続されている。図7の船舶推進システム1の他の構成や動作は、図6と同様である。
また、主プロペラ24および船尾側プロペラ16の動力源として、複数の主発電機10および推進用主機関20を備えるので冗長性を有し、どれか一つが故障しても操作が可能である。
また、推進用主機関20で低出力航行を行うと、煤などが溜まりやすく、メンテナンス性が悪化する等の問題があるが、複数の主発電機10を備えるため、航行にあった最適出力分だけ主発電機10を動作させ、燃費効率の良い制御ポイントで運航が可能になる。
また、図2〜図7においてモータ15を船舶内に設ける構成を例示したが、図1と同様にポッド推進器内に設ける構成としてもよい。また、主発電機10の台数は、3台でなくてもよい。
以下、本発明の第二実施形態による制御装置30を、図8を参照して説明する。なお、第一実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
図8は、本発明に係る第二実施形態における船舶推進システムの一例を示す図である。
図8が示すように船舶推進システム1は、主発電機10A、10B、10C、配電盤11、変圧器12、インバータ13、ポッド推進器14、モータ15、船尾側プロペラ16、主プロペラ241、推進用電動機26を備えている。
推進用電動機26は、配電盤11を介して主発電機10の発電電力によって回転駆動し、主プロペラ241を回転させる。推進用電動機26は、例えば、モータである。
また、本実施形態では、推進用主機関20、軸発電機モータ21などの構成を省略できる為、機関室内の機器の配置効率の向上や機関室内での作業効率が向上する。
また、複数の主発電機10を動力源として備えるので冗長性があり、どれか一つの主発電機が故障しても操作が可能である。
11・・・配電盤
12・・・変圧器
13・・・インバータ
14・・・ポッド推進器
15・・・モータ
16・・・船尾側プロペラ
17・・・シャフト
20・・・推進用主機関
21・・・軸発電機モータ
22・・・サイリスタインバータ
23・・・同期調速機
24・・・主プロペラ
25・・・減速機
26・・・推進用電動機
27・・・シャフト
30・・・制御装置
161・・・FPP
162・・・CPP
201・・・低速ディーゼル機関
202・・・中速ディーゼル機関
Claims (11)
- 船内に電力を供給する主発電機と、
前記主発電機の電力を分配する配電部と、
前記配電部を介して入力した電力によって第一回転軸を回転駆動する第一電動機と、
前記第一回転軸とともに回転する主プロペラと、
前記配電部を介して入力した電力によって第二回転軸を回転駆動する第二電動機と、
前記主プロペラの船尾側に配置されて、前記第二回転軸とともに回転する船尾側プロペラと、
を備える船舶推進システム。 - 前記第一回転軸を回転駆動させる主機関、
をさらに備え、
前記第一電動機は、前記主機関による前記主プロペラの回転の不足分を、前記第一回転軸を回転駆動することによって補う
請求項1に記載の船舶推進システム。 - 前記第一電動機は、前記主機関の出力による前記第一回転軸の回転により発電して前記配電部に電力供給する発電機を備え、
前記配電部は、前記第一電動機によって供給される電力を前記第二電動機に供給する、
請求項2に記載の船舶推進システム。 - 前記第一電動機の動作を切り替える制御部、
をさらに備え、
前記制御部は、船舶に要求される推進力に応じて前記第一電動機によって前記第一回転軸を回転駆動させるか、前記主機関の回転によって発電して前記配電部に電力供給するかを切り替える
請求項3に記載の船舶推進システム。 - 1つの前記主プロペラについて複数の前記主機関と、
当該複数の主機関に接続された減速機と、
を備えた請求項2から請求項4の何れか1項に記載の船舶推進システム。 - 前記主プロペラが、可変ピッチプロペラであって、
前記第一電動機は一定の回転速度で回転駆動する、
請求項1に記載の船舶推進システム。 - 前記主プロペラが、固定ピッチプロペラである、
請求項1に記載の船舶推進システム。 - 1つ又は複数の前記主プロペラと、それぞれの主プロペラに対向するよう配置された1つの前記船尾側プロペラを備える、
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の船舶推進システム。 - 1つの前記主プロペラに対し、当該主プロペラの回転軸を対称軸として線対象に配置した2つの前記船尾側プロペラを備える
請求項1から請求項8の何れか1項に記載の船舶推進システム。 - 請求項1から請求項9の何れか一項に記載の船舶推進システム、
を備えた船舶。 - 船内に電力を供給する主発電機が電力を供給し、
配電部が前記主発電機の電力を分配し、
前記配電部を介して入力した電力によって第一電動機が第一回転軸を回転駆動し、
主プロペラを前記第一回転軸とともに回転させ、
前記配電部を介して入力した電力によって第二電動機が第二回転軸を回転駆動し、
前記主プロペラの船尾側に配置される船尾側プロペラを前記第二回転軸とともに回転させる、
船舶推進方法。
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