JP2016205270A - 燃料供給装置及び船舶 - Google Patents
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Abstract
Description
船舶の推進用内燃機関に燃料を供給するために、燃料を加圧する圧縮機と、
前記圧縮機の出力端と接続され、前記推進用内燃機関に供給する燃料が流れる主配管と、
前記主配管内の加圧した燃料の圧力を計測するセンサと、
前記推進用内燃機関と推進用プロペラを接続した回転主軸の主軸回転数が目標回転数になるように、前記内燃機関に供給する燃料の燃料供給量を制御する第1の制御装置と、
前記圧縮機により加圧される燃料の圧力を制御する第2の制御装置と、を備える。
前記第2の制御装置は、
前記回転主軸の主軸回転数の情報と、船舶の船速の情報と、前記回転主軸に接続した推進用プロペラのピッチ情報に基づいて前記回転主軸に作用するトルクを算出するトルク計算部と、
前記トルクに対応する前記内燃機関の回転トルクを前記内燃機関に発生させるための燃料供給量を予測するデマンド予測部と、
前記センサで計測した前記圧力が目標圧力になるように前記燃料供給量に基づいて前記主配管内の燃料の圧力を制御する圧力制御部と、を備える。
前記トルク計算部は、前記予測船速を前記船舶の船速の情報として用いて、予測トルクを前記トルクとして算出し、
前記デマンド予測部は、前記予測トルクを用いて、前記燃料供給量を予測燃料供給量として求め、
前記圧力制御部は、前記予測燃料供給量に基づいて、前記主配管内の燃料の圧力を制御する、ことが好ましい。
燃料を加圧する圧縮機と、
加圧した燃料の供給を受けて駆動する船舶の推進用内燃機関と、
前記圧縮機の出力端と接続され、前記船舶の推進用内燃機関に供給する燃料が流れる主配管と、
前記主配管内の加圧した燃料の圧力を計測するセンサと、
前記推進用内燃機関と推進用プロペラを接続した回転主軸の主軸回転数を計測する回転計と、
船舶の船速を計測する船速計と、
前記回転主軸の主軸回転数が目標回転数になるように、前記内燃機関に供給する燃料の燃料供給量を制御する第1の制御装置と、
前記圧縮機により加圧される燃料の圧力を制御する第2の制御装置と、を備え、
前記第2の制御装置は、
前記回転主軸の主軸回転数の情報と、船舶の船速の情報と、前記回転主軸に接続した推進用プロペラのピッチ情報に基づいて前記回転主軸に作用するトルクを算出するトルク計算部と、
前記トルクに対応する前記内燃機関の回転トルクを前記内燃機関に発生させるための燃料供給量を予測するデマンド予測部と、
前記センサで計測した前記圧力が目標圧力になるように前記燃料供給量に基づいて前記主配管内の燃料の圧力を制御する圧力制御部と、を備える。
図1は、本実施形態の燃料供給装置の構成の一例を説明する図である。
圧縮機12は、燃料を加圧する装置で、燃料がガスである場合、燃料は複数の圧縮ユニットを多段に並べて所定の圧力、例えば数10〜数100バールに加圧される。
圧縮機12の燃料ガスの出力端は、船舶の推進用内燃機関であるエンジン1に供給する燃料の主配管14と接続されている。主配管14から供給される燃料は、図示されない燃料噴射弁を介してエンジン1のシリンダボア内に供給される。主配管14には、燃料の供給量を調整するために、開度が制御される流量制御弁6が設けられている。
回転主軸3は、エンジン1の図示されないクランク軸と接続されて、クランク軸の回転が回転主軸3に伝達される。
回転主軸3の先端には、船舶の推進用プロペラ4が設けられている。推進用プロペラ4のピッチは固定されている。
また、推進用プロペラ4の船舶の進行方向の後端の側に、蛇2が設けられている。
また、回転主軸3には、回転主軸3の主軸回転数を計測する回転計7bが設けられている。
蛇角の回転軸には、蛇角を計測する操角センサ7cが設けられている。
船舶には、船速を計測する速度センサ7dが設けられている。速度センサ7dの計測する船速は、対水速度である。したがって、舵角が0度でないとき、推進用プロペラ4を通過する水は舵角の分だけ傾斜して流れるので、回転する推進用プロペラ4が横切る水の流速、すなわち、回転主軸3に平行な水の流速成分は、舵角の分だけ船速から低下した速度になっている。
トルク計算部16aは、回転計7bによって計測された回転主軸3の主軸回転数の情報と、速度センサ7dによって計測された船舶の船速の情報と、推進用プロペラ4のピッチ情報に基づいて回転主軸3に作用するトルク、すなわち、回転主軸3及び推進用プロペラ4が受けるトルクを算出する。ピッチ情報とは、推進用プロペラ4が一回転するときに船舶が進む距離の情報である。
推進用プロペラ4及び回転主軸3に作用するトルクは上述したように頻繁に変動あるいは変化する場合、これに応じて主軸回転数も頻繁に変動あるいは変化する。一方、ガバナ5は、主軸回転数を一定に保持しようとする制御によって、流量制御弁6の開度を調整しようとする。このとき、開度が頻繁に変動あるいは変化するので、主配管14内の燃料の圧力も変動する。このため、流量供給弁6の開度によって燃料の供給量を制御しようとしても精度の高い燃料供給量の制御は難しい。このため、本実施形態では、回転主軸3に作用するトルクに対応する必要な回転トルクを算出して、後述するような回転トルクに応じて主配管14内の燃料の圧力が目標圧力になるように制御する。
このような燃料供給量は、求めた回転トルクの情報を用いて算出される。回転トルクは燃料供給量によって変化するので、回転トルクに対する燃料供給量の対応関係を表した参照テーブルと、求めた必要な回転トルクの情報を用いて燃料供給量、具体的には、1サイクルの燃料供給量を求める。このような参照テーブルは、予めエンジン1の特性として制御装置16に記憶されている。
こうして求められる燃料供給量は、エンジン1の1サイクルの燃料供給量であるので、デマンド予測部16bは、計測によって得られた主軸回転数の情報を用いて、単位時間当たりの燃料供給量を算出する。
図2に示す制御装置16は、船速予測計算部16dと、トルク計算部16aと、デマンド予測部16bと、圧力制御部16cを備える。図2に示すトルク計算部16aは、船速度変化部16dで算出される現在〜将来の船速の予測結果を用いて現在〜将来にかけてのトルクを予測する。これ以外は、図2に示すトルク計算部16aの機能は図1に示すトルク計算部16aと同じである。デマンド予測部16bは、現在〜将来の燃料供給量、燃料の圧力を予測する。これ以外の機能は、図1に示すデマンド予測部16bと同じである。
圧力制御部16cは、現在〜将来の燃料供給量と、計測された現在の燃料の圧力を用いて、上述した参照テーブルを用いて、圧力制御弁12aの開度を制御量として定める。したがって、図2に示すトルク計算部16a、デマンド予測部16b及び圧力制御部16cの機能の説明は省略する。
なお、船速予測計算部16dは、上述したように、エンジン1の出力トルクを一定に保った状態で、船が一定の船速で移動している状態から、蛇角を切って船が旋回を開始する条件において、船速の予測を開始し、それ以外の条件では、予測船速を算出せず、現在の計測された船速を、トルク計算部16aに供給してもよい。このようにすることで、図1に示す制御装置16と同じ動作を行うことができる。なお、船速予測計算部16dが予測船速の算出を開始した場合、時々刻々、現在〜将来の予測船速度の情報をトルク計算部16aに供給し、これにより、現在〜将来の予測トルクを算出し、さらに、デマンド予測部16bは、現在〜将来の予測燃料供給量を時々刻々算出する。圧力制御部16cは、時々刻々算出される予測燃料供給量を用いて、圧力調整弁12aの開度を逐次制御する。
圧縮機12は、5つの圧縮ユニット30,32,34,36,38を備える。圧縮ユニット30,32,34,36,38は、それぞれ、圧縮部30a,32a,34a,36a,38aと、クーラー30b,32b,34b,36b,38bと、圧力センサ30c,32c,34c,36c,38cと、スピルバック弁30d,32d,34d,36d,38dと、接続管30e,32e,34e,36e,38eと、コントローラ30f,32f,34f,36f,38fと、を備える。圧縮ユニット30〜38の構成は、いずれも同じであるので、圧縮ユニット30を代表して説明する。
このように、圧縮ユニット30〜38の各段は、スピルバック弁30d〜38dを用いて、燃料の圧力を調整することにより、バランス良く圧力を制御することができる。
2 蛇
3 回転主軸
4 推進用プロペラ
6 流量制御弁
7a,30c,32c,34c,36c,38c 圧力センサ
7b 回転計
7c 操角センサ
7d 速度センサ
10 燃料供給装置
12 圧縮機
12a 圧力制御弁
14 主配管
16 制御装置
16a トルク計算部
16b デマンド予測部
16c 圧力制御部
16d 船速予測計算部
30,32,34,36,38 圧宿ユニット
30a,32a,34a,36a,38a 圧縮部
30b,32b,34b,36b,38b クーラ
30d,32d,34d,36d,38d スピルバック弁
30e,32e,34e,36e,38e 接続管
30f,32f,34f,36f,38f コントローラ
40 逆止弁
Claims (7)
- 船舶の推進用内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置であって、
船舶の推進用内燃機関に燃料を供給するために、燃料を加圧する圧縮機と、
前記圧縮機の出力端と接続され、前記推進用内燃機関に供給する燃料が流れる主配管と、
前記主配管内の加圧した燃料の圧力を計測するセンサと、
前記推進用内燃機関と推進用プロペラを接続した回転主軸の主軸回転数が目標回転数になるように、前記内燃機関に供給する燃料の燃料供給量を制御する第1の制御装置と、
前記圧縮機により加圧される燃料の圧力を制御する第2の制御装置と、を備え、
前記第2の制御装置は、
前記回転主軸の主軸回転数の情報と、船舶の船速の情報と、前記回転主軸に接続した推進用プロペラのピッチ情報に基づいて前記回転主軸に作用するトルクを算出するトルク計算部と、
前記トルクに対応する前記内燃機関の回転トルクを前記内燃機関に発生させるための燃料供給量を予測するデマンド予測部と、
前記センサで計測した前記圧力が目標圧力になるように前記燃料供給量に基づいて前記主配管内の燃料の圧力を制御する圧力制御部と、を備えることを特徴とする燃料供給装置。 - 前記圧縮機の燃料の出力端には、圧力制御弁が設けられ、前記圧力制御弁の制御により前記主配管内の燃料の圧力が制御される、請求項1に記載の燃料供給装置。
- 前記圧縮機から吐出する燃料の吐出頻度あるいは燃料の圧縮の程度を制御することにより、前記主配管内の燃料の圧力が制御される、請求項1に記載の燃料供給装置。
- 前記トルク計算部は、前記主軸回転数の情報、前記船速の情報、及び、前記推進用プロペラのピッチ情報の他に、船舶に与える舵角の情報に基づいて、前記トルクを算出する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料供給装置。
- さらに、船舶に与える現在の舵角の情報と、前記回転主軸の現在の主軸回転数の情報と、船舶の現在の船速の情報に基づいて、船舶の将来の予測船速を算出する船速予測計算部を備え、
前記トルク計算部は、前記予測船速を前記船舶の船速の情報として用いて、予測トルクを前記トルクとして算出し、
前記デマンド予測部は、前記予測トルクを用いて、前記燃料供給量を予測燃料供給量として求め、
前記圧力制御部は、前記予測燃料供給量に基づいて、前記主配管内の燃料の圧力を制御する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料供給装置。 - 燃料を加圧する圧縮機と、
加圧した燃料の供給を受けて駆動する船舶の推進用内燃機関と、
前記圧縮機の出力端と接続され、前記船舶の推進用内燃機関に供給する燃料が流れる主配管と、
前記主配管内の加圧した燃料の圧力を計測するセンサと、
前記推進用内燃機関と推進用プロペラを接続した回転主軸の主軸回転数を計測する回転計と、
船舶の船速を計測する船速計と、
前記回転主軸の主軸回転数が目標回転数になるように、前記内燃機関に供給する燃料の燃料供給量を制御する第1の制御装置と、
前記圧縮機により加圧される燃料の圧力を制御する第2の制御装置と、を備え、
前記第2の制御装置は、
前記回転主軸の主軸回転数の情報と、船舶の船速の情報と、前記回転主軸に接続した推進用プロペラのピッチ情報に基づいて前記回転主軸に作用するトルクを算出するトルク計算部と、
前記トルクに対応する前記内燃機関の回転トルクを前記内燃機関に発生させるための燃料供給量を予測するデマンド予測部と、
前記センサで計測した前記圧力が目標圧力になるように前記燃料供給量に基づいて前記主配管内の燃料の圧力を制御する圧力制御部と、を備えることを特徴とする船舶。 - 前記トルク計算部は、前記主軸回転数の情報、前記船速の情報、及び、前記推進用プロペラのピッチ情報の他に、船舶に与える舵角の情報に基づいて、前記トルクを算出する、請求項6に記載の船舶。
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