JP2018100073A - ２軸船のリアルタイム振動情報とプロペラ回転角調整による変動圧力低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２軸船のリアルタイム振動情報とプロペラ回転角調整による変動圧力の低減方法を提供する。【解決手段】変動圧力の低減方法は、振動センサシステムが２個のプロペラの相対回転角別振動信号を計測して振動信号情報を振動分析システムに伝送する段階と、振動分析システムが前記プロペラの相対回転角別振動信号を分析して最小の振動が発生する最適相対回転角を決定し、その情報を制御器に伝送する段階と、シャフトに設けたエンコーダが前記プロペラの回転数及び回転角の情報を収集して制御器に伝送する段階と、制御器が前記プロペラの相対回転角を計算し、相対回転角と最適相対回転角とを比較し、相対回転角を最適相対回転角に一致させるための制御命令をプロペラ位相制御システムに伝送する段階と、プロペラ位相制御システムが前記制御命令に従って前記プロペラの相対回転角を最適相対回転角に一致させるための制御を実行する段階４とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、２軸船のリアルタイム振動情報とプロペラ回転角調整による変動圧力の低減方法に関するものである。

変動圧力は、プロペラが回転しつつ発生するキャビテーションにより船体表面に起きる圧力変化を意味する。

プロペラの翼で発生するキャビテーションは、不均一な船体後流の影響で図１に示すように回転角度に従って発生量が変わるようになる。

図１は、プロペラの翼で発生する一般的なキャビテーション様相を示す。図１の左側は船舶の後から見るプロペラの形状及び基準角度を示し、図１の右側はプロペラの翼角度によるキャビテーション発生パターンの計算例を示す。

図２は、図１のキャビテーション発生による変動圧力時間履歴の計算例を示す。

図２の結果は、プロペラが１回転するときの結果であり、プロペラの翼数に該当する４回の周期的な圧力変動を確認できる。

このとき、変動圧力時間履歴の大きさと位相は、プロペラと船体位置との間の相対的距離に従って変わる。

したがって、船体の多様な位置での変動圧力は大きさと位相が異なる。

変動圧力は、船舶振動及び騷音の主な原因であって、変動圧力が大きいと、船舶の振動及び騷音がそれに比例して大きく発生する。

これは、２軸のプロペラで駆動される船舶、すなわち２軸船の場合も例外となり得ない。

特に、２軸船は、左右２個のプロペラが各々変動圧力を誘発するので、これらが合わせられた全体の変動圧力が通常の船舶より大きく、複雑に発生する可能性があった。

したがって、本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、２軸船のリアルタイム振動情報とプロペラの相対回転角を調整し、それによってプロペラキャビテーションにより船体表面に起きる変動圧力を低減する方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、２軸船の２個のプロペラ７１，７２で発生する変動圧力時間履歴の位相差を調整することによって全体の変動圧力を低減し、変動圧力時間履歴の位相差の調整は、２個のプロペラ７１，７２の相対回転角の調整により達成される２軸船のリアルタイム振動情報とプロペラ回転角の調整による変動圧力低減方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、２軸船のリアルタイム振動情報とプロペラ回転角の調整による変動圧力低減方法が提供される。その方法は、振動センサシステム１が２個のプロペラ７１，７２の相対回転角別振動信号を計測し、計測した振動信号情報を振動分析システム１０に伝送する段階Ｓ０と、振動分析システム１０が２個のプロペラ７１，７２の相対回転角別振動信号を分析して最小の振動が発生する最適相対回転角を決定し、決定した最適相対回転角情報を制御器２０に伝送する段階Ｓ１と、各シャフト６１，６２に取り付けられたエンコーダ３１，３２がプロペラ７１，７２の回転数及び回転角の情報を収集し、収集した情報を制御器２０に伝送する段階Ｓ２と、制御器２０が２個のプロペラ７１，７２の相対回転角を計算し、相対回転角と最適相対回転角とを比較し、相対回転角を最適相対回転角に一致させるための制御命令をプロペラ位相制御システム４０に伝送する段階Ｓ３と、プロペラ位相制御システム４０が制御器２０の制御命令に従って２個のプロペラ７１，７２の相対回転角を最適相対回転角に一致させるための制御を実行する段階Ｓ４とを有する。

上記段階Ｓ０において、振動センサシステム１は、単一又は複数の加速度センサで構成され、加速度センサは、変動圧力による船体振動の影響が大きいプロペラ７１，７２の上方の船体内部に設置される。

上記段階Ｓ４において、プロペラ位相制御システム４０は、２個のプロペラ７１，７２のうちいずれか一つのプロペラ７１又は７２の回転数を徐々に増加あるいは減少させ、それによって相対回転角が最適相対回転角に一致させる。

本発明は、２軸船のリアルタイム振動情報とプロペラ回転角の調整を通じてプロペラの回転状態を最適状態に維持し、それによって船舶の運航条件に従って変動圧力をリアルタイムで効率的に低減することができる。

プロペラの翼で発生する一般的なキャビテーション様相を示す図である。 図１のキャビテーションの発生による変動圧力時間履歴の計算例を示す図である。 ２軸船の後から見るプロペラの形状及び基準角度を示す図である。 図３の相対回転角の変化による変動圧力の大きさ変化の計算例を示す図である。 本発明を実現するためのシステム構成を示す図である。 本発明の段階別実現プロセスを示すフローチャートである。

以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図３は、２軸船の後から見るプロペラの形状及び基準角度を示す。

２軸船の場合、一般的に左右２個のプロペラの翼形状と回転数は同一であり、回転方向が反対である。

したがって、２個のプロペラのキャビテーションの発生パターンは基本的に類似する。

しかしながら、特定の船体位置で各プロペラにより発生する変動圧力の時間履歴は、該当プロペラと船体位置との間の相対的距離に従って大きさと位相が異なるようになる。

この場合、２個のプロペラで起きる変動圧力時間履歴の位相が一致する場合には、補強干渉により全体変動圧力は最大となり、一方、位相が反対となる場合には相殺干渉により全体変動圧力は最小となる。

これは、２軸船の場合、２個のプロペラで発生する変動圧力時間履歴の位相差を任意に調整できる場合、全体変動圧力を低減できることを意味することである。本発明は、このような技術的原理を積極的に活用した２軸船の変動圧力低減方法を提示しようとする。

本発明の場合、変動圧力時間履歴の位相差の調整は、２個のプロペラの相対回転角(図３のΔθ）の調整により達成され得る。

ここで、相対回転角は、２個のプロペラ間の回転角の差を意味する。

図４は、図３の相対回転角の変化による変動圧力の大きさ変化の計算例を示す。

図４において、２個のプロペラの相対回転角が約４０〜５０度になる場合、相対回転角が０度である場合に比べて約２５％の変動圧力低減効果が得られることがわかる。

もちろん、図４は、一つの例に該当するものであって、２軸船ごとに変動圧力が最小になる相対回転角は異なることがある。

本発明では、変動圧力が最小となる相対回転角を‘最適相対回転角’と称する。

以下、本発明により２軸船の変動圧力を低減するプロセスに対して段階別に詳細に説明する。

図５は本発明を実現するためのシステム構成を示し、図６は本発明の段階別実現プロセスを示す。

本発明によるシステムは、振動センサシステム１、振動分析システム１０、制御器２０、エンコーダ３１，３２、及びプロペラ位相制御システム４０を含んで構成され、エンコーダ３１，３２は、各シャフト６１，６２に装着される。

＜Ｓ０：振動信号計測段階＞
まず、振動センサシステム１が２個のプロペラ７１，７２の相対回転角別振動信号を計測した後、計測した振動信号情報を振動分析システム１０に伝送する。

振動センサシステム１は、単一又は複数の加速度センサで構成され、加速度センサは、変動圧力による船体振動の影響が大きいプロペラ７１，７２の上方の船体内部に設置される。

＜Ｓ１：最適相対回転角の決定段階＞
振動分析システム１０が２個のプロペラ７１，７２の相対回転角別振動信号を分析して最小の振動が発生する最適相対回転角を決定する。

振動分析システム１０は、決定した最適相対回転角情報を制御器２０に伝送する。

＜Ｓ２：プロペラ情報収集段階＞
各シャフト６１，６２に取り付けられるエンコーダ３１，３２がプロペラ７１，７２の回転数及び回転角の情報を収集した後、収集した情報を制御器２０に伝送する。

＜Ｓ３：相対回転角計算段階＞
制御器２０が２個のプロペラ７１，７２の相対回転角を計算する。

制御器２０は、相対回転角と最適相対回転角とを比較し、相対回転角と最適相対回転角との間の差がある場合、相対回転角を最適相対回転角に一致させるための制御命令をプロペラ位相制御システム４０に伝達する。

もちろん、相対回転角と最適相対回転角との間に差がない場合には、制御器２０は、上記のような制御命令を伝達しない。

＜Ｓ４：プロペラ位相制御段階＞
プロペラ位相制御システム４０は、制御器２０の制御命令に従って２個のプロペラ７１，７２の相対回転角を最適相対回転角に一致させるための制御を実行する。

この場合、相対回転角を最適相対回転角に一致させるための制御は、多様な方式でなされることができる。

例えば、プロペラ位相制御システム４０は、２個のプロペラ７１，７２のうちいずれか一つのプロペラ７１又は７２の回転数を徐々に増加又は減少させ、それによって、２個のプロペラ７１，７２間の回転角の差、すなわち相対回転角を最適相対回転角に一致させることができる。

このとき、プロペラ位相制御システム４０は、プロペラ７１，７２の回転数情報を制御器２０から受信し、プロペラ７１，７２の回転数を調整するために該当プロペラ７１，７２に接続されているエンジンシステム５０を制御する。

振動現象に変化が生じると、上記段階Ｓ０乃至段階Ｓ４の過程を反復することで、プロペラ７１，７２の回転状態を最適状態に維持し、それによって、２軸船の変動圧力を船舶の運航条件に従ってリアルタイムで効率的に低減することができる。

１ 振動センサシステム
１０ 振動分析システム
２０ 制御器
３１，３２ エンコーダ
４０ プロペラ位相制御システム
５０ エンジンシステム
６１，６２ シャフト
７１，７２ プロペラ

Claims (4)

1. ２軸船の２個のプロペラ（７１，７２）で発生する変動圧力時間履歴の位相差を調整することによって全体の変動圧力を低減し、
   前記変動圧力時間履歴の位相差の調整は、２個の前記プロペラ（７１，７２）の相対回転角の調整により達成されることを特徴とする２軸船のリアルタイム振動情報とプロペラ回転角の調整による変動圧力低減方法。
2. ２軸船のリアルタイム振動情報とプロペラ回転角の調整による変動圧力低減方法であって、
   振動センサシステム（１）が２個のプロペラ（７１，７２）の相対回転角別振動信号を計測し、計測した振動信号情報を振動分析システム（１０）に伝送する段階Ｓ０と、
   前記振動分析システム（１０）が２個の前記プロペラ（７１，７２）の相対回転角別振動信号を分析して最小の振動が発生する最適相対回転角を決定し、前記決定した最適相対回転角情報を制御器（２０）に伝送する段階Ｓ１と、
   各シャフト（６１，６２）に取り付けられたエンコーダ（３１，３２）が２個の前記プロペラ（７１，７２）の回転数及び回転角の情報を収集し、収集した情報を前記制御器（２０）に伝送する段階Ｓ２と、
   前記制御器（２０）が２個のプロペラ（７１，７２）の相対回転角を計算し、前記相対回転角と前記最適相対回転角とを比較し、前記相対回転角を前記最適相対回転角に一致させるための制御命令をプロペラ位相制御システム（４０）に伝送する段階Ｓ３と、
   前記プロペラ位相制御システム（４０）が前記制御器（２０）の前記制御命令に従って２個の前記プロペラ（７１，７２）の前記相対回転角を前記最適相対回転角に一致させるための制御を実行する段階Ｓ４と、
   を有することを特徴とする変動圧力低減方法。
3. 前記段階Ｓ０において、前記振動センサシステム（１）は、単一又は複数の加速度センサで構成され、前記加速度センサは、変動圧力による船体振動の影響が大きい前記プロペラ（７１，７２）の上方の船体内部に設置されることを特徴とする請求項２に記載の変動圧力低減方法。
4. 前記段階Ｓ４において、前記プロペラ位相制御システム（４０）は、２個の前記プロペラ（７１，７２）のうちいずれか一つの前記プロペラ（７１又は７２）の回転数を徐々に増加あるいは減少させ、それによって前記相対回転角を前記最適相対回転角に一致させることを特徴とする請求項２に記載の変動圧力低減方法。