JP2016211378A - 燃料供給システム - Google Patents
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Abstract
Description
推進用エンジンに供給するための高圧の燃料を供給する燃料供給装置と、
前記燃料供給装置から前記推進用エンジンに燃料を搬送する燃料搬送部と、
を備え、
前記燃料搬送部は、前記燃料供給装置と前記推進用エンジンとを接続する燃料供給用配管と、
前記燃料供給用配管と接続される複数の容積タンクと、
前記燃料供給用配管と前記容積タンクのそれぞれとの接続部に設けられる制御弁と、
前記燃料が周期的に前記推進用エンジンに供給されることにより生じる前記燃料供給用配管内の燃料供給圧力の振動数を算出する算出部と、
前記制御弁の開度を調節することで、前記燃料供給用配管内の燃料圧力の固有振動数を前記燃料供給圧力の振動数から離れるように調整する制御部と、
を備えることを特徴とする。
前記算出部は、前記回転計の計測結果に基づき燃料供給圧力の振動数を算出する、ことが好ましい。
前記算出部は、前記圧力計の計測結果に基づき燃料供給圧力の振動数を算出する、ことが好ましい。
前記算出部は、前記温度計の計測結果に基づき燃料供給圧力の振動数を算出する、ことが好ましい。
本実施形態は、船舶の推進用エンジンとして用いられるディーゼル機関の燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給システムであり、液化天然ガスを運搬するLNG船において、液化天然ガスを推進用エンジンで利用するのに特に好適に用いられる。
燃料タンク11は、推進用エンジン20に供給される燃料を貯留する。燃料として、液化天然ガス(LNG)、液化石油ガス(LPG)等を用いることができる。燃料タンク11は、昇圧ポンプ12と接続されており、燃料タンク11内の燃料は昇圧ポンプ12に供給される。
熱交換器13で加熱された燃料は燃料搬送部30により推進用エンジン20に供給される。
推進用エンジン20は船舶に搭載されるディーゼルエンジンであり、例えば2ストロークサイクルの低速ディーゼルエンジンを用いることができる。推進用エンジン20は燃料搬送部30から供給される燃料により駆動される。燃料搬送部30から供給される燃料の量は、燃料弁25により制御される。推進用エンジン20はシャフト21を介して推進用プロペラ22を回転させる。シャフト21には回転計23が設けられている。回転計23はシャフト21の回転数を計測し、回転数を示す回転数信号を調速機24および算出部40に出力する。
燃料搬送部30は、燃料供給用配管31と、分岐配管32(1)、32(2)、…、32(n)と、容積タンク33(1)、33(2)、…、33(n)と、制御弁34(1)、34(2)、…、34(n)と、算出部40と、容積制御部50と、等を備える。
燃料供給用配管31内の燃料の圧力は、燃料弁25の開閉に応じて変動するため、燃料供給用配管31内の燃料には、燃料弁25の開閉周期に応じた振動数の振動が生じる。このため、燃料供給用配管31の長さは、設定された基準条件下で推進用エンジン20に燃料が供給されることにより生じる燃料供給圧力の振動数において共振が生じないような長さ(基準長さ)とすることが好ましい。しかし、気象、海流、波の影響により、推進用プロペラ22が外乱を受け、推進用プロペラ22の回転数が変動すると、推進用エンジン20の燃料の需要が変動し、燃料弁25の開閉周期が変動するため、燃料供給用配管31内の燃料供給圧力の振動数が変動する。燃料供給圧力の振動数が燃料供給用配管31の燃料圧力の固有振動数(燃料供給用配管31内の燃料の圧力に生じる定常波の振動数。以下単に「固有振動数」という。)に近づき、共振が生じるおそれがある。本実施形態では、後述するように、燃料供給圧力の振動数の変化によって燃料供給用配管31の共振が生じないように、固有振動数を調節することで、共振を防ぐことができる。
制御弁34(1)、34(2)、…、34(n)は、基準条件で、所定の開度に設定されている。例えば、制御弁34(1)、34(2)、…、34(n)は、基準条件で、全て閉じた状態になっている。
圧力計35は燃料供給用配管31の内部の燃料供給圧力を計測し、計測した圧力を示す圧力信号を算出部40に出力する。
温度計36は燃料供給用配管31の内部の燃料の温度を計測し、計測した温度を示す温度信号を算出部40に出力する。
算出部40は、入力される信号に基づき、燃料供給圧力の振動数を算出する。
なお、燃料供給圧力の振動数は、燃料弁25の開閉周波数に依存するが、必ずしも開閉周波数に一致せず、多様なモードの振動数を含む。そこで、例えば、算出部40に入力される信号の波形をフーリエ変換し、最大ピークとなる振動数を燃料供給圧力の振動数として決定してもよい。
また、燃料の振動により燃料供給用配管31と共振が生じうる所定の範囲における最大ピークを燃料供給圧力の振動数として決定してもよい。例えば、基準条件における固有振動数のうち、最も小さい基本振動数に近い所定の範囲(例えば基本振動数の0.5〜1.5倍の範囲)で最大ピークとなる振動数を燃料供給圧力の振動数として決定してもよい。
また、算出部40は、燃料弁25に出力される燃料供給量指令信号に基づき、燃料弁25の開閉周期を算出し、燃料弁25の開閉周期に応じて燃料供給用配管31内の燃料供給圧力が変動すると推定して燃料供給圧力の振動数を算出してもよい。
式(1)より、燃料供給用配管31内の燃料中の音速cを調節することで、固有角振動数を調節することができる。
したがって、式(1)〜(3)より、燃料の体積を変動させることで、固有角振動数を調節することができる。
例えば、燃料供給の角振動数をωとすると、ωk-1<ω≦ωk(kは自然数)となるωk-1およびωkに対し、ωk-1およびωkがωから離れるようにVを調節することで、共振が生じないように固有角振動数を調節することができる。例えば、(ωk-1+ωk)/2≒ωとなるように、Vを調節すればよい。
ここで、式(1)において、n=1のときの固有角振動数をω1とすると、ωk-1=(k−1)ω1、ωk=kω1である。したがって、(k−1/2)ω1≒ωとなるように、ω1がω/(k−1/2)に近づくようにVを調節すればよい。この場合、Vの変化量を最小限にすることができ、開閉する制御弁34の数を最小限にすることができる。また、Vの変化量が最小限となるので、Vを大きく変化させる場合よりも燃料の圧力変化の応答速度を高めることができる。
例えば、容積タンク33(1)の容積は燃料供給配管31の内容積と同一、容積タンク33(2)の容積は容積タンク33(1)の容積の2倍、容積タンク33(3)の容積は、容積タンク33(1)の容積の4倍、…、容積タンク33(n)の容積は容積タンク33(1)の容積の2n−1倍、となるようにしてもよい。すなわち、各容積タンク33(1)、33(2)、…、33(n)の容積が、燃料供給配管31の容積vに対して2の累乗倍となるように設定してもよい。この場合、燃料供給配管31の容積をvとすると、n個の制御弁を用いて、Vをv〜2nvの範囲で細かく調整することができる。
このように、燃料供給用配管31および燃料供給用配管31に接続されている容積タンクの容積の和が、決定された好ましい固有振動数に対応する燃料の体積に最も近くなるように、制御弁を開くことで、燃料供給圧力の振動数によって燃料供給用配管31の共振が生じることを防ぐことができる。
また、複数の容積タンクを設ける代わりに、大容量の容積タンクを1つのみ設け、制御弁の開度のみで体積弾性率の調整を行ってもよい。制御弁の開度を調整することで、燃料供給用配管31に接続されている容積タンクの容積を擬似的に調整し、体積弾性率の微調整を行うことができる。
11 燃料タンク
12 昇圧ポンプ
13 熱交換器
20 推進用エンジン
21 シャフト
22 推進用プロペラ
23 回転計
24 調速機
25 燃料弁
30 燃料搬送部
31 燃料供給用配管
32(1)、32(2)、…、32(n) 分岐配管
33(1)、33(2)、…、33(n) 容積タンク
34(1)、34(2)、…、34(n) 制御弁
35 圧力計
36 温度計
40 算出部
50 容積制御部
Claims (5)
- 船舶のディーゼル機関の燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給システムであって、
推進用エンジンに供給するための高圧の燃料を供給する燃料供給装置と、
前記燃料供給装置から前記推進用エンジンに燃料を搬送する燃料搬送部と、
を備え、
前記燃料搬送部は、前記燃料供給装置と前記推進用エンジンとを接続する燃料供給用配管と、
前記燃料供給用配管と接続される複数の容積タンクと、
前記燃料供給用配管と前記容積タンクのそれぞれとの接続部に設けられる制御弁と、
前記燃料が周期的に前記推進用エンジンに供給されることにより変動する前記燃料供給用配管内の燃料供給圧力の振動数を算出する算出部と、
前記制御弁の開度を調節することで、前記燃料供給用配管内の燃料圧力の固有振動数を前記燃料供給圧力の振動数から離れるように調整する制御部と、
を備える燃料供給システム。 - 前記制御部は、前記燃料供給用配管の容積と、前記燃料供給用配管と連通される容積タンクの容積との和を変動させることにより、前記固有振動数を前記燃料供給圧力の振動数から離れるように調整する、請求項1に記載の燃料供給システム。
- 前記推進用エンジンの回転数を計測する回転計をさらに備え、
前記算出部は、前記回転計の計測結果に基づき燃料供給圧力の振動数を算出する、請求項1又は2に記載の燃料供給システム。 - 前記燃料供給用配管内の燃料の圧力を計測する圧力計をさらに備え、
前記算出部は、前記圧力計の計測結果に基づき燃料供給圧力の振動数を算出する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料供給システム。 - 前記燃料供給用配管内の燃料の温度を計測する温度計をさらに備え、
前記算出部は、前記温度計の計測結果に基づき燃料供給圧力の振動数を算出する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料供給システム。
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