JP4752859B2 - Ship propulsion system - Google Patents
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Description
本発明は船舶の省エネルギー化が可能な船舶推進システムに関する。 The present invention relates to a ship propulsion system capable of saving energy of a ship.
通常、船舶推進システムにおける省エネルギーの方法として、主機の排ガスをエコノマイザーに供給して蒸気を発生させタービンを駆動し、発電や推進加勢する方法や、主機の排ガスでパワータービン/発電機を駆動し発電する方法、あるいは主機の過給機に発電機を取付け発電する方法等が提案されている。しかし、このような方法は、設置スペースやメンテナンスコストの問題から一般的に普及するに至っていない。 Usually, as an energy-saving method in ship propulsion systems, the main engine exhaust gas is supplied to the economizer to generate steam to drive the turbine to generate power and propulsion, or the main engine exhaust gas to drive the power turbine / generator. A method of generating electricity or a method of generating electricity by attaching a generator to a supercharger of a main engine has been proposed. However, such a method has not generally spread due to problems of installation space and maintenance cost.
図6を参照して従来の船舶推進システムを説明すると、図に示すように主機1の過給機4に第1発電電動機5aを設置し、この第1発電電動機5aと推進軸3に減速機6を介して設置された第2発電電動機10とを電気的に接続している。主機1が低負荷でプロペラ2を回転するときは第2発電電動機10で発電した電力で第1発電電動機5aを駆動し過給機4を加勢し、主機1が定格運転でプロペラ2を回転する時は第1発電電動機5aで発電した電力で第2発電電動機10を駆動し、主機1を加勢するものである(特許文献1参照)が、主機1の負荷変動に対し過給機4の回転数の応答にずれが生じるため、減速機6に大きな負荷がかかる場合があり、信頼性が低下することになる。また、一般に過給機回転数は数万回転で運転され、主機回転数は数十回転の低速度で運転されるため、回転数を合わせるためには多段の減速機が必要となり、設置スペースやメンテナンスコストの増大を招き、信頼性が低下することになる。
A conventional marine vessel propulsion system will be described with reference to FIG. 6. As shown in FIG. 6 is electrically connected to the
また、図7を参照して従来の他の船舶推進システムを説明すると、排ガスエコノマイザー7で発生した余剰蒸気で推進加勢タービン9を駆動し、減速機6を介してプロペラ2へ推進力を加勢している(特許文献2参照)。なお、4は過給機、5bは発電機、8は蒸気タービンである。
Further, another conventional ship propulsion system will be described with reference to FIG. 7. The propulsion boosting turbine 9 is driven by surplus steam generated by the exhaust gas economizer 7 and the propulsion force is boosted to the
図7に示すような船舶推進システムにおいて、主機1の負荷変動時には、排ガスエコノマイザー7の発生蒸気量の細かな制御は困難であり、推進加勢タービン9の回転数を主機1の所望する回転数に追従させることは難しく、減速機6に大きな負荷がかかる場合があり、信頼性が低下することになる。また、主機1の回転数は数十回転の低速度で運転されるため、回転数を合わせるためには多段の減速機が必要となり、設置スペースやメンテナンスコストの増大を招くことになる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その課題は最適な機器構成で省エネルギー化が可能でかつ効率も高く、様々な船舶の運転状況にも対応可能な船舶推進システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a ship propulsion system that can save energy with an optimum equipment configuration, has high efficiency, and can cope with various ship operating conditions. is there.
上記課題を達成するために、請求項1記載の発明は、過給機付き主機とプロペラを推進軸で連結し、当該推進軸に軸駆動発電機を設け、前記軸駆動発電機に接続された周波数変換装置を備えた船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に直結されて余剰排気エネルギーを回収して発電する高速発電機と、前記周波数変換装置と船内電源系統との間を接続する第1の遮断器と、前記高速発電機を前記周波数変換装置および前記第1の遮断器の接続部に接続する第2の遮断器とを備え、前記軸駆動発電機を推進電動機として使用する場合、前記第1の遮断器を開にするとともに前記第2の遮断器を閉にして前記高速発電機で発電した電力を前記第2の遮断器を経て前記周波数変換装置で前記主機の回転周波数に変換して前記軸駆動発電機に供給し、前記軸駆動発電機を発電機として使用する場合、前記第1の遮断器を閉にするとともに前記第2の遮断器を開にして前記軸駆動発電機で発電した電力を前記周波数変換装置で船内電源周波数に変換して前記船内電源系統に供給することを特徴とする。 To achieve the above object, a first aspect of the present invention, a supercharged main engine propeller connected by propeller shaft, the shaft drive generator provided in the propeller shaft, which is connected to the shaft drive generator In a marine vessel propulsion system provided with a frequency converter, a high-speed generator that is directly connected to the supercharger of the main engine and collects surplus exhaust energy to generate power, and a connection between the frequency converter and the inboard power system A first circuit breaker and a second circuit breaker that connects the high-speed generator to the connection portion of the frequency converter and the first circuit breaker, and the shaft-driven generator is used as a propulsion motor, The first circuit breaker is opened and the second circuit breaker is closed, and the electric power generated by the high-speed generator is converted to the rotation frequency of the main engine by the frequency converter through the second circuit breaker. To the shaft drive generator When the shaft-driven generator is used as a generator, the frequency converter converts the electric power generated by the shaft-driven generator with the first circuit breaker closed and the second circuit breaker opened. And converting to an inboard power supply frequency and supplying to the inboard power supply system .
請求項2記載の発明は、過給機付き主機とプロペラを推進軸で連結し、当該推進軸に軸駆動発電機を設け、前記軸駆動発電機に接続された周波数変換装置を備えた船舶推進システムにおいて、前記主機の過給機に直結されて余剰排気エネルギーを回収して発電する高速発電機と、前記周波数変換装置と船内電源系統とを接続する第1の遮断器と、前記軸駆動発電装置と前記周波数変換装置との間を接続する第3の遮断器と、前記高速発電機を前記周波数変換装置の前記第1の遮断器側の接点あるいは前記周波数変換装置の前記第3の遮断器側の接点に接続する切替器とを備え、前記高速発電機で発生した電力を前記船内電源系統に供給する場合、前記第3の遮断器を開、前記第1の遮断器を閉、前記切替器を前記第3の遮断器側の接点に接続して前記高速発電機で発電した電力を前記切替器を経て前記周波数変換装置で前記船内電源系統の周波数に変換して前記船内電源系統に供給し、前記軸駆動発電機を推進電動機として使用する場合、前記第1の遮断器を開、前記第3の遮断器を閉、前記切替器を前記第1の遮断器側の接点に接続して前記高速発電機で発電した電力を前記切替器を経て前記周波数変換装置で前記主機の回転周波数に変換して前記軸駆動発電機に供給することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, a marine vessel propulsion including a main engine with a supercharger and a propeller connected by a propulsion shaft, a shaft drive generator provided on the propulsion shaft, and a frequency converter connected to the shaft drive generator. In the system, a high-speed generator that is directly connected to the supercharger of the main engine and collects surplus exhaust energy to generate electric power, a first circuit breaker that connects the frequency converter and the inboard power supply system, and the shaft-driven power generation A third circuit breaker for connecting the device and the frequency converter, and the high-speed generator connected to the contact on the first circuit breaker side of the frequency converter or the third circuit breaker of the frequency converter. A switching device connected to a contact on the side, and when the power generated by the high-speed generator is supplied to the inboard power system, the third circuit breaker is opened, the first circuit breaker is closed, and the switching Device is connected to the contact on the third circuit breaker side When the electric power generated by the high-speed generator is converted to the frequency of the inboard power system by the frequency converter through the switch and supplied to the inboard power system, and the shaft drive generator is used as a propulsion motor The first circuit breaker is opened, the third circuit breaker is closed, the switch is connected to a contact on the first circuit breaker side, and the electric power generated by the high-speed generator is passed through the switch. The frequency converter converts the rotational frequency of the main engine to supply to the shaft-driven generator .
本発明によれば、過給機に直結した発電機で発電した電力を周波数変換装置で主機の所望する周波数に即時変換して、軸駆動発電機を電動機として推進加勢できるので、主機の負荷変動時も推進電動機に大きな負荷がかかることがなく信頼性が向上する。また、回転数を合わせるための多段の減速機を必要とせず、機器設置スペースの削減、機器配置の自由度向上、及び貨物等の積載量の増加と共にメンテナンスコストの低減が可能となる。さらに、軸駆動発電機が故障して船内に電力を供給できなくなった時は、過給機に直結した発電機で発電した電力を周波数変換装置を介して船内電源周波数に即時変換して、船内電源系統に供給することが可能となるので、システムの冗長性が向上する。よって、最適な機器構成でエネルギー効率が高く、船舶の様々な運転状況に対応可能な船舶推進システムを提供することができる。 According to the present invention, the power generated by the generator directly connected to the supercharger can be immediately converted to the frequency desired by the main engine by the frequency converter, and the shaft-driven generator can be propelled and added as an electric motor. Even when the load is not applied to the propulsion motor, the reliability is improved. In addition, a multistage reduction gear for adjusting the number of rotations is not required, so that the installation cost can be reduced, the degree of freedom of equipment arrangement can be improved, and the load of cargo and the like can be increased and the maintenance cost can be reduced. In addition, when the shaft-driven generator breaks down and power cannot be supplied to the ship, the power generated by the generator directly connected to the turbocharger is immediately converted to the ship power frequency via the frequency converter. Since the power can be supplied to the power supply system, the redundancy of the system is improved. Therefore, it is possible to provide a ship propulsion system that is highly energy efficient with an optimum device configuration and that can cope with various operating conditions of the ship.
以下、本発明の最良の実施形態を、図を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態の構成図であり、インラインタイプの軸駆動発電システムに適用した例である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention, which is an example applied to an inline-type shaft drive power generation system.
図1に示すように、本実施形態は、主機1とプロペラ2は推進軸3により連結され、推進軸3には軸駆動発電機11aが設置されている。主機1には主機排ガスで駆動する過給機4が設置され、過給機4には高速発電機16が直結されている。高速発電機16は遮断器14b,14aを介して船内電源系統15に接続されている。軸駆動発電機11aは周波数変換装置12,遮断器14aを介して船内電源系統15に接続されている。同期調相機13は軸駆動発電機11aの出力電圧と周波数を調整する。
As shown in FIG. 1 , in the present embodiment, the
次に、本実施形態の作用について説明すると、軸駆動発電機11aを発電機として使用する場合は、発電電力を周波数変換装置12で船内電源周波数に変換し、遮断器14aを閉、遮断器14bを開とし、船内電源系統15に接続する。また、軸駆動発電機11aを推進電動機として駆動し主機1を推進加勢する場合は、遮断器14aを開、遮断器14bを閉とし、過給機4に直結した高速発電機16で発電した電力を周波数変換装置12を介して主機1の回転周波数に変換して給電する。
Next, the operation of the present embodiment will be described. When the shaft-driven
本実施形態は、上記のように構成されているので、過給機4に直結した発電機16で発電した電力を周波数変換装置12で主機1の所望する周波数に即時変換して推進加勢できる。従って、主機1の負荷変動時も推進電動機に大きな負荷がかかることがなく信頼性が向上する。また、回転数を合わせるための多段の減速機を必要とせず、機器設置スペースの削減並びに機器配置の自由度が向上し、さらに貨物等の積載量の増加と共にメンテナンスコストの低減が可能となる。
Since the present embodiment is configured as described above, the power generated by the
次に、本実施形態の変形例を図2ないし図4について説明する。
図2は図1の第1実施形態の第1変形例であり、オーバーハングタイプの軸駆動発電システムに適用した例である。すなわち、本変形例では主機1とプロペラ2は推進軸3により連結し、主機1の軸端に軸駆動発電機11bを設置し、周波数変換装置12を介し遮断器14aを経て船内電源系統15に接続されている。主機1には主機排ガスで駆動する過給機4が設置され、過給機4には高速発電機16が直結されている。高速発電機16は遮断器14b,14aを経て船内電源系統15に接続されている。
この第1実施形態の第1変形例において、高速発電機16で発電した電力で軸駆動発電機11bを推進加勢する場合には、遮断器14bを閉、遮断器14aを開にして高速発電機16で発電した電力を遮断器14bを経て周波数変換装置12で所望する周波数に即時変換して軸駆動発電機11bに供給し推進加勢する。同期調相機13は軸駆動発電機11bの出力電圧と周波数を調整する。
Next, modified examples of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a first modification of the first embodiment of FIG. 1 and is an example applied to an overhang type shaft drive power generation system. That is, in this modification, the
In the first modification of the first embodiment, when the shaft-driven
図3は第1実施形態の第2変形例であり、ステップアップタイプの軸駆動発電システムに適用した例である。すなわち、本変形例では主機1とプロペラ2の間の推進軸3に設けたステップアップギヤー17を介して軸駆動発電機11cを設置している。主機1には主機排ガスで駆動する過給機4が設置され、過給機4には高速発電機16が直結されている。高速発電機16は遮断器14b,14aを経て船内電源系統15に接続されている。
この第1実施形態の第2変形例において、高速発電機16で発電した電力で軸駆動発電機11cを推進加勢する場合には、遮断器14bを閉、遮断器14aを開にして高速発電機16で発電した電力を遮断器14bを経て周波数変換装置12で所望する周波数に即時変換して軸駆動発電機11cに供給し推進加勢する。同期調相機13は軸駆動発電機11cの出力電圧と周波数を調整する。
FIG. 3 shows a second modification of the first embodiment, which is an example applied to a step-up type shaft drive power generation system. That is, in this modification, the
In the second modification of the first embodiment, when the shaft-driven
図4は第1実施形態の第3変形例であり、パワーテイクオフタイプの軸駆動発電システムに適用した例である。すなわち、本変形例では主機1に設けたステップアップギヤー17を介して軸駆動発電機11dを設置している。主機1には主機排ガスで駆動する過給機4が設置され、過給機4には高速発電機16が直結されている。高速発電機16は遮断器14b,14aを経て船内電源系統15に接続されている。
この第1実施形態の第3変形例において、高速発電機16で発電した電力で軸駆動発電機11dを推進加勢する場合には、遮断器14bを閉、遮断器14aを開にして高速発電機16で発電した電力を遮断器14bを経て周波数変換装置12で所望する周波数に即時変換して軸駆動発電機11dに供給し推進加勢する。同期調相機13は軸駆動発電機11dの出力電圧と周波数を調整する。
FIG. 4 shows a third modification of the first embodiment, which is an example applied to a power take-off type shaft drive power generation system. That is, in this modification, the shaft drive generator 11d is installed via the step-up
In the third modification of the first embodiment, when the shaft-driven generator 11d is propelled and energized with the electric power generated by the high-
図2乃至図4の第1乃至第3変形例は、上記した機能および効果以外の機能および効果はいずれも第1実施形態と同様であるので、その説明は省略する。 Since the functions and effects other than the functions and effects described above are the same as those of the first embodiment, the first to third modifications of FIGS. 2 to 4 will not be described.
図5は、本発明の第2実施形態の構成図であり、既に説明した図1の第1実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明する。 FIG. 5 is a block diagram of the second embodiment of the present invention. The same components as those of the first embodiment of FIG.
図5に示すように、本実施形態では主機1とプロペラ2は推進軸3により連結され、推進軸3には軸駆動発電機11aが設置されている。主機1には主機排ガスで駆動する過給機4が設置され、過給機4には高速発電機16が直結されている。高速発電機16は切替器18によって周波数変換装置12の船内電源系統15側の接点19aまたは軸駆動発電機11a側の接点19bに接続できるようになっている。また、軸駆動発電機11aは遮断器14c,周波数変換装置12,遮断器14aを経て船内電源系統15に接続できるようになっている。同期調相機13は軸駆動発電機11aの出力電圧と周波数を調整する。
As shown in FIG. 5 , in this embodiment, the
本実施形態は上記のように構成されているので、例えば、軸駆動発電機11aが故障して船内に電力を供給できなくなった場合は、遮断器14cを開とし、遮断器14aを閉、切替器18を接点19bに接続して過給機4に直結した高速発電機16で発電した電力を周波数変換装置12を介して船内電源周波数に即時変換して、船内電源系統15に供給することができる。このように、軸駆動発電機11aの故障時には、過給機4に直結した発電機16で発電した電力を周波数変換器12で船内電源周波数に即時変換して船内電源系統15に供給できるので、システムの冗長性を向上することが可能となる。なお、軸駆動発電機11aが正常に動作している場合は、図1の第1実施形態と同様の機能を有し同様な効果が得られる。
Since the present embodiment is configured as described above, for example, when the
1…主機、2…プロペラ、3…推進軸、4…過給機、5a…第1発電電動機、5b…発電機、6…減速機、7…排ガスエコノマイザー、8…蒸気タービン、9…推進加勢タービン、10…第2発電電動機、11a,11b,11c,11d…軸駆動発電機、12…周波数変換装置、13…同期調相機、14a,14b,14c…遮断器、15…船内電源系統、16…高速発電機、17…ステップアップギヤー、18…切替器、19a,19b…接点。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記主機の過給機に直結されて余剰排気エネルギーを回収して発電する高速発電機と、
前記周波数変換装置と船内電源系統との間を接続する第1の遮断器と、
前記高速発電機を前記周波数変換装置および前記第1の遮断器の接続部に接続する第2の遮断器とを備え、
前記軸駆動発電機を推進電動機として使用する場合、前記第1の遮断器を開にするとともに前記第2の遮断器を閉にして前記高速発電機で発電した電力を前記第2の遮断器を経て前記周波数変換装置で前記主機の回転周波数に変換して前記軸駆動発電機に供給し、
前記軸駆動発電機を発電機として使用する場合、前記第1の遮断器を閉にするとともに前記第2の遮断器を開にして前記軸駆動発電機で発電した電力を前記周波数変換装置で船内電源周波数に変換して前記船内電源系統に供給することを特徴とする船舶推進システム。 The turbocharged main engine and the propeller are connected with the propeller shaft, the shaft drive generator provided in the propeller shaft, in a boat propulsion system comprising a connected frequency converter to the shaft drive generator,
And fast generator for generating electric power by recovering the excess exhaust energy is directly connected to the supercharger of the main machine,
A first circuit breaker for connecting between the frequency converter and the ship power system;
A second circuit breaker for connecting the high-speed generator to the connection portion of the frequency converter and the first circuit breaker;
When the shaft-driven generator is used as a propulsion motor, the first circuit breaker is opened and the second circuit breaker is closed, and the electric power generated by the high-speed generator is supplied to the second circuit breaker. Via the frequency converter to convert to the rotation frequency of the main machine to supply to the shaft drive generator,
When the shaft-driven generator is used as a generator, the first circuit breaker is closed and the second circuit breaker is opened, and the power generated by the shaft-driven generator is converted into the ship by the frequency converter. A ship propulsion system, wherein the ship propulsion system is converted into a power frequency and supplied to the ship power system.
前記主機の過給機に直結されて余剰排気エネルギーを回収して発電する高速発電機と
、
前記周波数変換装置と船内電源系統との間を接続する第1の遮断器と、
前記軸駆動発電装置と前記周波数変換装置との間を接続する第3の遮断器と、
前記高速発電機を前記周波数変換装置の前記第1の遮断器側の接点あるいは前記周波数変換装置の前記第3の遮断器側の接点に接続する切替器とを備え、
前記高速発電機で発生した電力を前記船内電源系統に供給する場合、前記第3の遮断器を開、前記第1の遮断器を閉、前記切替器を前記第3の遮断器側の接点に接続して前記高速発電機で発電した電力を前記切替器を経て前記周波数変換装置で前記船内電源系統の周波数に変換して前記船内電源系統に供給し、
前記軸駆動発電機を推進電動機として使用する場合、前記第1の遮断器を開、前記第3の遮断器を閉、前記切替器を前記第1の遮断器側の接点に接続して前記高速発電機で発電した電力を前記切替器を経て前記周波数変換装置で前記主機の回転周波数に変換して前記軸駆動発電機に供給することを特徴とする船舶推進システム。 In a marine vessel propulsion system that connects a supercharger-equipped main engine and a propeller with a propulsion shaft, provides a shaft drive generator on the propulsion shaft, and includes a frequency conversion device connected to the shaft drive generator.
A high-speed generator directly connected to the supercharger of the main engine for recovering surplus exhaust energy and generating electricity;
,
A first circuit breaker for connecting between the frequency converter and the ship power system;
A third circuit breaker for connecting between the shaft drive power generator and the frequency converter;
A switch for connecting the high-speed generator to a contact on the first circuit breaker side of the frequency converter or a contact on the third circuit breaker side of the frequency converter;
When supplying electric power generated by the high-speed generator to the inboard power system, the third circuit breaker is opened, the first circuit breaker is closed, and the switch is used as a contact on the third circuit breaker side. The power generated by the high-speed generator connected and converted to the frequency of the inboard power system by the frequency converter through the switch and supplied to the inboard power system,
When the shaft-driven generator is used as a propulsion motor, the first circuit breaker is opened, the third circuit breaker is closed, and the switch is connected to a contact on the first circuit breaker side so that the high speed A marine vessel propulsion system , wherein power generated by a generator is converted into a rotation frequency of the main engine by the frequency converter through the switch and supplied to the shaft-driven generator .
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