JP4950082B2 - 舶用ディーゼル機関 - Google Patents

Description

本発明は、舶用ディーゼル機関に関し、特に、排気を利用して給気を昇圧させる過給機を複数備えた舶用ディーゼル機関に関するものである。

商船の運航形態として、主機関での燃料消費量を削減するため、また運航スケジュールの調整のために常用の航海速力から幾らか減速して運航する場合がある。こういった場合には主機関の負荷を常用航海負荷から幾らか下げて運航する必要があるが、通常の過給機を1台のみ装備する場合は、広域な主機関負荷において最適な過給機効率を得ることは困難である。そこで、複数の過給機を装備し、これらの運転台数を制御することにより、広域な主機関負荷において最適な過給機効率が得られるため、通常の過給機１台のみの場合と比べ燃料消費量を削減することが可能となり、結果、商船の運航採算向上および環境負荷低減に寄与することが可能となる。このような過給機を複数備えた舶用ディーゼル機関としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開昭６０−１６６７１６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された舶用ディーゼル機関では、Ｎｏ．２過給機２の起動に際して弁ｂを開放すると、Ｎｏ．１過給機１のブロア１Ｂ（より詳しくは、掃気室３）からＮｏ．２過給機２のブロア２Ｂに向かって逆流現象が発生し、Ｎｏ．２過給機２をスムーズに回転（起動）させることができず、Ｎｏ．２過給機２にサージングが発生してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、過給機を複数備えた舶用ディーゼル機関において、過給機を単独運転から並列運転させる際、あるいは並列運転から単独運転させる際に、常に運転状態にある過給機のコンプレッサ部から起動または停止される過給機のコンプレッサ部への逆流現象を防止することができ、起動または停止される過給機をスムーズに起動または停止させることができて、起動または停止される過給機のサージングを防止することができる舶用ディーゼル機関を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る舶用ディーゼル機関は、一台のエンジン本体と、前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有し、前記エンジン本体の運転中、常に運転状態とされる少なくとも一台の主排気タービン過給機と、前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有し、前記エンジン本体の運転中、停止状態、または前記主排気タービン過給機と並列運転状態とされる少なくとも一台の副排気タービン過給機とを備えた舶用ディーゼル機関であって、前記エンジン本体に搭載された排気マニホールドと、前記副排気タービン過給機のタービン部とを連通する排気管と、前記排気管の途中に接続されたタービン入口弁と、前記副排気タービン過給機のコンプレッサ部と前記エンジン本体に搭載された給気マニホールドとを連通する給気管と、前記給気管の途中に接続され、前記副排気タービン過給機の前記コンプレッサ部の出口圧力が、前記給気マニホールドの圧力以上のときに開状態となる逆止弁と、前記給気管の途中で、前記副排気タービン過給機のコンプレッサ部と前記逆止弁との間にその一端が接続された空気放出管と、前記空気放出管の途中に接続された空気放出弁とを備えている。

また、本発明に係る舶用ディーゼル機関の運転方法は、一台のエンジン本体と、前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有し、前記エンジン本体の運転中、常に運転状態とされる少なくとも一台の主排気タービン過給機と、前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有し、前記エンジン本体の運転中、停止状態とされるか、あるいは前記主排気タービン過給機と並列運転状態とされる少なくとも一台の副排気タービン過給機とを備え、前記エンジン本体に搭載された排気マニホールドと、前記副排気タービン過給機のタービン部とを連通する排気管と、前記排気管の途中に接続されたタービン入口弁と、前記副排気タービン過給機のコンプレッサ部と前記エンジン本体に搭載された給気マニホールドとを連通する給気管と、前記給気管の途中に接続され、前記副排気タービン過給機の前記コンプレッサ部の出口圧力が、前記給気マニホールド圧力以上のときに開状態となる逆止弁と、前記給気管の途中で、前記副排気タービン過給機のコンプレッサ部と前記逆止弁との間にその一端が接続された空気放出管と、前記空気放出管の途中に接続された空気放出弁とを備えた舶用ディーゼル機関の運転方法であって、前記副排気タービン過給機の起動時には、前記空気放出弁を予め開放しておき、つぎに前記タービン入口弁を開けた後、前記空気放出弁を徐々に閉めていき、前記副排気タービン過給機の停止時には、前記空気放出弁を徐々に開けていき、つぎに前記タービン入口弁を徐々に閉めていくようにした。

本発明に係る舶用ディーゼル機関または本発明に係る舶用ディーゼル機関の運転方法によれば、給気管に設けられた逆止弁は、例えば、副排気タービン過給機を起動して、副排気タービン過給機のコンプレッサ部の出口圧力が、給気マニホールドの圧力以上になると開放（全開）することとなる。
これにより、副排気タービン過給機の起動時における給気マニホールドから副排気タービン過給機のコンプレッサ部への逆流現象を防止することができ、副排気タービン過給機をスムーズに回転（起動）させることができて、副排気タービン過給機のサージングを防止することができる。

また、本発明に係る舶用ディーゼル機関または本発明に係る舶用ディーゼル機関の運転方法によれば、給気管に設けられた逆止弁は、例えば、空気放出弁を開いてゆき、副排気タービン過給機のコンプレッサ部の出口圧力が、給気マニホールドの圧力よりも低くなると閉塞（全閉）するようになっている。
これにより、副排気タービン過給機の停止時における給気マニホールドから副排気タービン過給機のコンプレッサ部への逆流現象を防止することができ、副排気タービン過給機をスムーズに回転（停止）させることができて、副排気タービン過給機のサージングを防止することができる。

本発明に係る舶用ディーゼル機関によれば、過給機を単独運転から並列運転させる際、あるいは並列運転から単独運転させる際に、常に運転状態にある過給機のコンプレッサ部から起動または停止される過給機のコンプレッサ部への逆流現象を防止することができ、起動または停止される過給機をスムーズに起動または停止させることができて、起動または停止される過給機のサージングを防止することができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る舶用ディーゼル機関の一実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る舶用ディーゼル機関の概略構成図、図２および図３は本発明に係る舶用ディーゼル機関の作用効果を説明するためのグラフである。

図１に示すように、本実施形態に係る舶用ディーゼル機関１は、ディーゼルエンジン本体（例えば、低速２サイクルディーゼル機関）２と、第１の排気タービン過給機（主排気タービン過給機）３と、第２の排気タービン過給機（副排気タービン過給機）４とを備えている。
ディーゼルエンジン本体（以下「エンジン本体」という。）２を構成するクランク軸（図示せず）には、プロペラ軸（図示せず）を介してスクリュープロペラ（図示せず）が直接的または間接的に取り付けられている。また、エンジン本体２には、シリンダライナ（図示せず）、シリンダカバー（図示せず）等からなるシリンダ部５が設けられており、各シリンダ部５内には、クランク軸と連結されたピストン（図示せず）が配置されている。さらに、各シリンダ部５の排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド６と接続されており、排気マニホールド６は、第１の排気管Ｌ１を介して第１の排気タービン過給機（以下、「過給機Ａ」という。）３のタービン部３ａの入口側と接続され、第２の排気管Ｌ２を介して第２の排気タービン過給機（以下、「過給機Ｂ」という。）４のタービン部４ａの入口側と接続されている。一方、各シリンダ部５の給気ポート（図示せず）は、給気マニホールド７と接続されており、給気マニホールド７は、第１の給気管Ｌ３を介して過給機Ａ３のコンプレッサ部３ｂと接続され、第２の給気管Ｌ４を介して過給機Ｂ４のコンプレッサ部４ｂと接続されている。

過給機Ａ３は、第１の排気管Ｌ１を介してエンジン本体２から導かれた排気ガス（燃焼ガス）によって駆動されるタービン部３ａと、このタービン部３ａにより駆動されてエンジン本体２に外気を圧送するコンプレッサ部３ｂと、これらタービン部３ａとコンプレッサ部３ｂとの間に設けられてこれらを支持するケーシング（図示せず）とを主たる要素として構成されたものである。
また、ケーシングには、一端部をタービン部３ａ側に突出させ、他端部をコンプレッサ部３ｂに突出させた回転軸３ｃが挿通されている。回転軸３ｃの一端部は、タービン部３ａを構成するタービン・ロータ（図示せず）のタービン・ディスク（図示せず）に取り付けられており、回転軸３ｃの他端部は、コンプレッサ部３ｂを構成するコンプレッサ羽根車（図示せず）のハブ（図示せず）に取り付けられている。

過給機Ｂ４は、第２の排気管Ｌ２を介してエンジン本体２から導かれた排気ガス（燃焼ガス）によって駆動されるタービン部４ａと、このタービン部４ａにより駆動されてエンジン本体２に外気を圧送するコンプレッサ部４ｂと、これらタービン部４ａとコンプレッサ部４ｂとの間に設けられてこれらを支持するケーシング（図示せず）とを主たる要素として構成されたものである。
また、ケーシングには、一端部をタービン部４ａ側に突出させ、他端部をコンプレッサ部４ｂに突出させた回転軸４ｃが挿通されている。回転軸４ｃの一端部は、タービン部４ａを構成するタービン・ロータ（図示せず）のタービン・ディスク（図示せず）に取り付けられており、回転軸４ｃの他端部は、コンプレッサ部４ｂを構成するコンプレッサ羽根車（図示せず）のハブ（図示せず）に取り付けられている。
そして、タービン部３ａ，４ａを通過した排気ガスはそれぞれ、タービン部３ａ，４ａの出口側に接続された排気管Ｌ５，Ｌ６を介してファンネル（図示せず）に導かれた後、船外に排出されるようになっている。

コンプレッサ部３ｂ，４ｂの入口側に接続された給気管Ｌ７，Ｌ８にはそれぞれ、消音器（図示せず）が配置されており、この消音器を通過した外気が、コンプレッサ部３ｂ，４ｂにそれぞれ導かれるようになっている。また、コンプレッサ部３ｂ，４ｂの出口側に接続された給気管Ｌ３，Ｌ４の途中には、空気冷却器（インタークーラ）８，９や図示しないサージタンク等が接続されており、コンプレッサ部３ｂ，４ｂを通過した外気は、これら空気冷却器８，９やサージタンク等を通過した後、エンジン本体２の給気マニホールド７に供給されるようになっている。

さて、本実施形態に係る舶用ディーゼル機関１の第２の排気管Ｌ２の途中には、タービン入口弁１０が接続され、第２の給気管Ｌ４（より詳しくは、コンプレッサ部４ｂと空気冷却器９とを結ぶ第２の給気管Ｌ４）の途中には、逆止弁１１が接続されており、逆止弁１１の上流側に位置する第２の給気管Ｌ４（より詳しくは、コンプレッサ部４ｂと逆止弁１１とを結ぶ第２の給気管Ｌ４）の途中には、空気放出管Ｌ９の一端が接続されている。空気放出管Ｌ９の他端は、排気管Ｌ６またはファンネルの途中に接続されており、空気放出管Ｌ９を通過した外気は、排気ガスとともに船外に排出されるようになっている。また、空気放出管Ｌ９の途中には、空気放出弁１２が接続されている。

そして、タービン入口弁１０および空気放出弁１２はそれぞれ、過給機Ａ３を単独運転させている状態から、過給機Ｂ４を起動して、過給機Ａ３と過給機Ｂ４とを並列運転させるとき、あるいは過給機Ａ３と過給機Ｂ４とを並列運転させている状態から、過給機Ｂ４を停止して、過給機Ａ３を単独運転させるときに手動で、または自動的に開閉される。
すなわち、図２に示すように、過給機Ａ３を単独運転させている状態から、過給機Ｂ４を起動して、過給機Ａ３と過給機Ｂ４とを並列運転させるときには、タービン入口弁１０を開放し（全開とし）、予め開放しておいた空気放出弁１２を徐々に閉めていく。そして、空気放出弁１２を徐々に閉めていくことにより、過給機Ａ３および過給機Ｂ４のコンプレッサ出口圧力が徐々に上昇し、過給機Ａ３および過給機Ｂ４のコンプレッサ出口圧力が所定の圧力までそれぞれ高められることとなる。
なお、逆止弁１１は、過給機Ｂ４のコンプレッサ出口圧力が、給気マニホールド７の圧力以上になるか、あるいは給気マニホールド７の圧力と略等しくなると開放（全開）するようになっている。

一方、図３に示すように、過給機Ａ３と過給機Ｂ４とを並列運転させている状態から、過給機Ｂ４を停止して、過給機Ａ３を単独運転させるときには、空気放出弁１２を徐々に開放し（全開とし）、給気マニホールド７の圧力が、過給機Ｂ４のコンプレッサ出口圧力（コンプレッサ部４ｂの出口圧力）よりも高くなるようにした後、タービン入口弁１０を閉めていく。そして、タービン入口弁１０を閉めていくことにより、過給機Ｂ４のコンプレッサ出口圧力が徐々に低下して０（零）となり、過給機Ｂ４が停止する。
なお、逆止弁１１は、過給機Ｂ４のコンプレッサ出口圧力が、給気マニホールド７の圧力よりも低くなるか、あるいは給気マニホールド７の圧力よりも所定の圧力低くなると閉塞（全閉）するようになっている。

本実施形態に係る舶用ディーゼル機関１によれば、第２の給気管Ｌ４に設けられた逆止弁１１は、過給機Ｂ４を起動して、過給機Ｂ４のコンプレッサ出口圧力（コンプレッサ部４ｂの出口圧力）が、給気マニホールド７の圧力以上になるか、あるいは給気マニホールド７の圧力と略等しくなると開放（全開）するようになっている。すなわち、過給機Ｂ４の起動時において、第２の給気管Ｌ４に設けられた逆止弁１１は、過給機Ｂ４のコンプレッサ出口圧力と給気マニホールド７の圧力との圧力差がなくなって、あるいは僅少となってから開くようになっている。
これにより、過給機Ｂ４の起動時における給気マニホールド７からコンプレッサ部４ｂへの逆流現象を防止する、あるいは大幅に低減させることができ、過給機Ｂ４（の回転軸４ｃ）をスムーズに回転（起動）させることができて、過給機Ｂ４のサージングを防止することができる。

また、本実施形態に係る舶用ディーゼル機関１によれば、第２の給気管Ｌ４に設けられた逆止弁１１は、空気放出弁１２を開けていき、過給機Ｂ４のコンプレッサ出口圧力（コンプレッサ部４ｂの出口圧力）が、給気マニホールド７の圧力よりも低くなるか、あるいは給気マニホールド７の圧力よりも所定の圧力低くなると閉塞（全閉）するようになっている。すなわち、過給機Ｂ４の停止時において、第２の給気管Ｌ４に設けられた逆止弁１１は、過給機Ｂ４のコンプレッサ出口圧力と給気マニホールド７の圧力との圧力差が所定の圧力よりも大きくなると閉まるようになっている。
これにより、過給機Ｂ４の停止時における給気マニホールド７からコンプレッサ部４ｂへの逆流現象を防止する、あるいは大幅に低減させることができ、過給機Ｂ４（の回転軸４ｃ）をスムーズに回転（停止）させることができて、過給機Ｂ４のサージングを防止することができる。

なお、上述した実施形態では、過給機Ａ３および過給機Ｂ４をそれぞれ一台ずつ具備した舶用ディーゼル機関について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、過給機Ａ３を２台以上および／または過給機Ｂ４を２台以上具備した舶用ディーゼル機関にも適用することができる。

本発明の一実施形態に係る舶用ディーゼル機関の概略構成図である。 本発明に係る舶用ディーゼル機関の作用効果を説明するためのグラフである。 本発明に係る舶用ディーゼル機関の作用効果を説明するためのグラフである。

符号の説明

１ 舶用ディーゼル機関
２ エンジン本体
３ 過給機Ａ（主排気タービン過給機）
３ａ タービン部
３ｂ コンプレッサ部
４ 過給機Ｂ（副排気タービン過給機）
４ａ タービン部
４ｂ コンプレッサ部
６ 排気マニホールド
７ 給気マニホールド
１０ タービン入口弁
１１ 逆止弁
１２ 空気放出弁
Ｌ２ 排気管
Ｌ４ 給気管
Ｌ９ 空気放出管

Claims (2)

1. 一台のエンジン本体と、
   前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有し、前記エンジン本体の運転中、常に運転状態とされる少なくとも一台の主排気タービン過給機と、
   前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有し、前記エンジン本体の運転中、停止状態、または前記主排気タービン過給機と並列運転状態とされる少なくとも一台の副排気タービン過給機とを備えた舶用ディーゼル機関であって、
   前記エンジン本体に搭載された排気マニホールドと、前記副排気タービン過給機のタービン部とを連通する排気管と、
   前記排気管の途中に接続されたタービン入口弁と、
   前記副排気タービン過給機のコンプレッサ部と前記エンジン本体に搭載された給気マニホールドとを連通する給気管と、
   前記給気管の途中に接続され、前記副排気タービン過給機の前記コンプレッサ部の出口圧力が、前記給気マニホールドの圧力以上のときに開状態となる逆止弁と、
   前記給気管の途中で、前記副排気タービン過給機のコンプレッサ部と前記逆止弁との間にその一端が接続された空気放出管と、
   前記空気放出管の途中に接続された空気放出弁とを備えてなることを特徴とする舶用ディーゼル機関。
2. 一台のエンジン本体と、
   前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有し、前記エンジン本体の運転中、常に運転状態とされる少なくとも一台の主排気タービン過給機と、
   前記エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有し、前記エンジン本体の運転中、停止状態とされるか、あるいは前記主排気タービン過給機と並列運転状態とされる少なくとも一台の副排気タービン過給機とを備え、
   前記エンジン本体に搭載された排気マニホールドと、前記副排気タービン過給機のタービン部とを連通する排気管と、
   前記排気管の途中に接続されたタービン入口弁と、
   前記副排気タービン過給機のコンプレッサ部と前記エンジン本体に搭載された給気マニホールドとを連通する給気管と、
   前記給気管の途中に接続され、前記副排気タービン過給機の前記コンプレッサ部の出口圧力が、前記給気マニホールドの圧力以上のときに開状態となる逆止弁と、
   前記給気管の途中で、前記副排気タービン過給機のコンプレッサ部と前記逆止弁との間にその一端が接続された空気放出管と、
   前記空気放出管の途中に接続された空気放出弁とを備えた舶用ディーゼル機関の運転方法であって、
   前記副排気タービン過給機の起動時には、前記空気放出弁を予め開放しておき、つぎに前記タービン入口弁を開けた後、前記空気放出弁を徐々に閉めていき、
   前記副排気タービン過給機の停止時には、前記空気放出弁を徐々に開けていき、つぎに前記タービン入口弁を閉めるようにしたことを特徴とする舶用ディーゼル機関の運転方法。

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