JP6415997B2 - 船舶の統合制御装置、それを備えた船舶、及び統合制御方法並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、船舶の統合制御装置、それを備えた船舶、及び統合制御方法並びにプログラムに関するものである。

従来、蒸気タービン船の蒸気タービン機関は、船橋に設置されている制御盤に設けられるエンジンテレグラフから操船者が操船指示を出すことにより、エンジンテレグラフ指示に応じたガバナリフトの増減信号が出され、制御されている。航行時に速度等の調整が必要と操船者が判断した場合には、操船者がエンジンテレグラフによる操船指示を調整している。
また、蒸気タービンと比較して燃費が良い推進機関としてディーゼルエンジンを用いる電気推進機関が挙げられるが、メンテナンス費用が高くなることから、電気推進機関と蒸気タービン機関といった異なる種類の推進機関を組み合わせて船舶の推進システムを構成することが検討されている。

異なる種類の推進機関を用いた船舶の推進システムとしては、以下のものが提案されている。
例えば、下記特許文献１には、異なる種類の動力源としてガスタービンと電動機を備え、回転速度の時定数が異なる複数の動力源を同期させ、ガスタービンの出力と電動機の出力を１つの主軸に出力し、主軸の回転速度を制御する推進システムが記載されている。

特開２０１２−８７７５０号公報

ところで、電気推進機関が設けられる電気推進船は、操船者がプロペラに接続されるモータに対して出力指示を出すことにより、所定回転数となるよう電気推進機関が制御される。蒸気タービン船は、上述したように操船者がエンジンテレグラフを介してガバナリフトを出力させ、蒸気タービン機関が制御される。
こうした電気推進機関と蒸気タービン機関を異なる種類の推進機関とし、それぞれにプロペラを設ける２軸船とする場合には、片軸（蒸気タービン機関側）はガバナリフト指示、他軸（電気推進機関側）は出力指示となり、制御信号が統一されていないことから、両軸を同期させることが困難であるという課題があった。

上記特許文献１の方法では、異なる種類の動力源からの出力を１つの主軸に出力し、プロペラが１つである船舶の推進システムが記載されており、異なる種類の推進機関のそれぞれにプロペラが設けられる多軸船の場合の推進システムの制御については記載されていない。また、外洋航行時等の往来する船舶が少なく推進システムに大きな負荷を与える制御を行う場合には、蒸気タービン機関は回転数での指示に対する追従性が悪いので、仮に特許文献１を２軸船に適用したとしても、蒸気タービン機関で所望の出力を得られず、両軸を同期させるという課題を解決することはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、異種推進機関を設ける多軸船の各軸を同期させることのできる船舶の統合制御装置、それを備えた船舶、及び統合制御方法並びにプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に設けられる統合制御装置であって、タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関を制御するタービン制御装置と、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関を制御する電気推進制御装置と、を具備し、操船の制御指示が出力値で入力されると、前記電気推進制御装置は、前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御し、前記タービン制御装置は、前記出力値を前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記調整弁の開度をフィードバック制御し、前記タービン制御装置は、前記出力値と該出力値を得るための前記調整弁の開度とを対応付けた第１対応情報を備えており、前記出力値が入力された場合に、前記第１対応情報から該出力値に対応する前記調整弁の開度の情報を決定し、前記出力値から変換された前記弁開度として出力する変換手段を具備する統合制御装置を提供する。

このような構成によれば、操船の制御指示が出力値によって入力されると、入力された出力値が弁開度に変換され、変換された弁開度を得るようにタービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の開度がフィードバック制御されるので、タービン推進機関によって回転されるプロペラのプロペラ軸の軸出力が、入力された出力値となるように制御される。また、電気推進機関によって回転される別のプロペラは、制御指示で入力された出力値となるように電動機がフィードバック制御されて、軸出力が制御される。
これにより、タービン推進機関と電気推進機関とを備える多軸船（例えば、２軸船）において、操船の制御指示（制御信号）が統一され出力値として与えられ、出力値によってタービン推進機関及び電気推進機関を調整するので、タービン推進機関と電気推進機関との同期が容易となり、制御ロジックの画一性と操作性向上を図ることができる。

また、制御指示として入力された出力値を弁開度に速やかに変換できる。

上記統合制御装置の前記変換手段は、所定期間毎に前記船舶の運航データを収集し、前記運航データに基づいて前記第１対応情報を補正することとしてもよい。

運転を開始する時点（例えば、新造時）では、経年的な変化による影響を予め決めておくことはできないが、所定期間毎に運航データを収集（サンプリング）し、収集したデータに基づいて第１対応情報を補正することにより、経年的な変化の影響を反映させた第１対応情報を生成でき、現在使用しているタービン推進機関に応じた出力値に対する調整弁の弁開度を決定できる。

本発明は、電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に設けられる統合制御装置であって、タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関を制御するタービン制御装置と、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関を制御する電気推進制御装置と、を具備し、操船の制御指示が出力値で入力されると、前記電気推進制御装置は、前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御し、前記タービン制御装置は、前記出力値を前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記調整弁の開度をフィードバック制御し、前記タービン制御装置は、前記タービン推進機関のプラント状態に応じて、前記出力値を補正する補正手段を具備する統合制御装置を提供する。

仮に補正をせずにタービン推進機関側と電気推進機関側が同期できたとしても、タービン推進機関のプラント状態（例えば、蒸気タービンでは主蒸気圧力・温度、再熱蒸気圧力・温度等）は変動するため、いずれ同期できなくなると考えられる。本発明はプラント状態が変動することを勘案し、プラント状態に応じて出力値を補正する。これにより、タービン推進機関によって駆動されるプロペラ軸の軸出力が制御指示の出力値に速やかに調整され、操船者が意図した制御指示（例えば、船速や出力達成等）に速やかに収束され、タービン推進機関側と電気推進機関側とが同期する状態を継続できる。

上記統合制御装置の前記補正手段は、前記プラント状態を示すパラメータと補正係数とを対応付ける第２対応情報を１つ以上備えており、前記プラント状態と前記第２対応情報とに基づいて決定される１つ以上の補正係数に基づいて、前記出力値を補正することとしてもよい。

これにより、プラント状態を示すパラメータを取得した場合には、プラント状態に対応する補正係数を簡便に決定できるので、出力値の補正も簡便に行える。なお、プラント状態を示すパラメータは、ボイラから供給される主蒸気圧力・主蒸気温度、再熱器を備える場合の再熱蒸気配管圧力損失、再熱蒸気温度、主復水器真空度、タービン外部損失（例えば、減速機、タービンの風損、蒸気リークロス、機械損失等の影響による損失）、蒸気の抽気量等が一例として挙げられる。

本発明は、上記いずれかに記載の統合制御装置と、タービンによって船舶のプロペラを回転させるタービン推進機関と、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる電気推進機関とを具備する船舶を提供する。

本発明は、電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に適用される統合制御方法であって、タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関の出力を制御するタービン制御ステップと、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関の出力を制御する電気推進制御ステップとを備え、操船の制御指示が出力値で入力されると、前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御し、前記出力値を弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の開度をフィードバック制御し、前記出力値と該出力値を得るための前記調整弁の開度とを対応付けた第１対応情報を備え、前記出力値が入力された場合に、前記第１対応情報から該出力値に対応する前記調整弁の開度の情報を決定し、前記出力値から変換された前記弁開度として出力する統合制御方法を提供する。
また本発明は、電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に適用される統合制御方法であって、タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関の出力を制御するタービン制御ステップと、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関の出力を制御する電気推進制御ステップとを備え、操船の制御指示が出力値で入力されると、前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御し、前記出力値を弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の開度をフィードバック制御し、前記タービン推進機関のプラント状態に応じて、前記出力値を補正する統合制御方法を提供する。

本発明は、電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に適用され、タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関を制御するタービン制御装置と、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関を制御する電気推進制御装置とを備える船舶の統合制御プログラムであって、操船の制御指示が出力値で入力されると、前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御させる第１処理と、前記出力値を弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の開度をフィードバック制御させる第２処理と、前記出力値と該出力値を得るための前記調整弁の開度とを対応付けた第１対応情報を備え、前記出力値が入力された場合に、前記第１対応情報から該出力値に対応する前記調整弁の開度の情報を決定し、前記出力値から変換された前記弁開度として出力する変換処理とをコンピュータに実行させるための統合制御プログラムを提供する。
また本発明は、電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に適用され、タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関を制御するタービン制御装置と、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関を制御する電気推進制御装置とを備える船舶の統合制御プログラムであって、操船の制御指示が出力値で入力されると、前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御させる第１処理と、前記出力値を弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の開度をフィードバック制御させる第２処理と、前記タービン推進機関のプラント状態に応じて、前記出力値を補正する補正処理とをコンピュータに実行させるための統合制御プログラムを提供する。

本発明は、異種の推進機関を設ける多軸船の各軸を同期できるという効果を奏する。

本発明に係る統合制御装置を備えた２軸船の推進装置の概略構成図である。 本発明に係る統合制御装置の機能ブロック図である。 変換部に設けられる第１対応情報の一例を示している。 第２対応情報の一例を示しており、主蒸気圧力に対して設定される補正係数を示している。 第２対応情報の他の一例を示しており、主蒸気温度に対して設定される補正係数を示している。 第２対応情報の他の一例を示しており、再熱蒸気配管の圧力損失に対して設定される再熱蒸気配管圧力損失係数（補正係数）を示している。 第２対応情報の他の一例を示しており、再熱蒸気温度に対して設定される補正係数を示している。 第２対応情報の他の一例を示しており、主復水器真空度に対して設定される補正係数を示している。 第２対応情報の他の一例を示しており、タービン出力に対して設定されるタービン外部損失係数（補正係数）を示している。 本発明に係る統合制御装置の動作フローである。 電気推進機関とタービン推進機関との２軸船を従来技術によって制御する場合の動作フローである。 本発明の変形例にかかる第１対応情報の一例を示している。

以下に、本発明に係る船舶の統合制御装置、それを備えた船舶、及び統合制御方法並びにプログラムの実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の統合制御装置３を備えた２軸船の推進装置の概略構成図を示している。本実施形態に係る２軸船の推進システム１００は、タービン推進機関（例えば、右舷用）１と、電気推進機関（例えば、左舷用）２と、統合制御装置３とを備えている。タービン推進機関１と電気推進機関２は、２軸船の甲板下の機関室（図示せず）内に設置されている。

タービン推進機関１は、推進軸１１と、減速機１３と、推進用蒸気タービン（タービン）１４と、蒸気発生装置１５と、第１プロペラ１８とを備えており、タービン制御装置１０によって制御される。
推進用蒸気タービン１４は、再熱タービンであり、前進用低圧タービン１４Ａと、前進用高圧タービン１４Ｂと、前進用中圧タービン１４Ｃと、後進用タービン１４Ｄとを備えている。前進用低圧タービン１４Ａと、前進用高圧タービン１４Ｂと、前進用中圧タービン１４Ｃと、後進用タービン１４Ｄとは、１機の主機を構成している。
本実施形態においては、推進用蒸気タービン１４が再熱タービンであることとして説明するが、これに限定されず、膨張段の途中で蒸気の再熱を行わない非再熱タービンであってもよい。

主機は、前進用低圧タービン１４Ａと後進用タービン１４Ｄとが一本のタービン軸（図示せず）を介して連結されている。前進用高圧タービン１４Ｂと前進用中圧タービン１４Ｃとは、一本のタービン軸（図示せず）を介して連結されている。前進用高圧タービン１４Ｂは、蒸気発生装置１５から主蒸気が供給されると、回転駆動される。また、前進用低圧タービン１４Ａは、主復水器（メインコンデンサ）Ｍ／Ｃに接続されており、前進用低圧タービン１４Ａから排気された蒸気が主復水器Ｍ／Ｃで凝縮させられる。
また、主復水器Ｍ／Ｃには、真空度を計測するセンサが設けられている。

推進用蒸気タービン１４には、供給される蒸気量（作動流体量）を調整するノズル弁（調整弁）１９が設けられ、ノズル弁１９には弁開度を検知するリフトセンサ（図示せず）が備えられている。
本実施形態においては、推進用蒸気タービン１４に供給する蒸気量を調整するのはノズル弁１９として記載するが、供給する蒸気の流量を調整する蒸気加減弁であれば形状は特に限定されない。

減速機１３は、高圧タービン側第１減速機１３Ａと、低圧タービン側第１減速機１３Ｂと、第２減速機１３Ｃとを備えている。高圧タービン側第１減速機１３Ａと、低圧タービン側第１減速機１３Ｂと、第２減速機１３Ｃとは推進用蒸気タービン１４の船尾側に備えられている。高圧タービン側第１減速機１３Ａには、前進用中圧タービン１４Ｃのタービン軸が接続されている。低圧タービン側第１減速機１３Ｂには、前進用低圧タービン１４Ａのタービン軸が接続されている。高圧タービン側第１減速機１３Ａ及び低圧タービン側第１減速機１３Ｂの他端には、第２減速機１３Ｃが接続されている。

蒸気発生装置１５は、主ボイラ１６と、再熱器１７とを備えている。
主ボイラ１６は、生成された主蒸気を前進用高圧タービン１４Ｂと後進用タービン１４Ｄとに供給する。主ボイラ１６から前進用高圧タービン１４Ｂ及び後進用タービン１４Ｄに蒸気が送られる経路の途中には、主蒸気圧力及び主蒸気温度を検出するためのセンサが設けられている。なお、主蒸気圧力及び主蒸気温度を検出するためのセンサは、タービン入口直近（配管ロス等の影響を受けた後）に設けることにより、配管での圧力損失を加味してより正確に主蒸気圧力・主蒸気温度を計測できる。

再熱器１７は、前進用高圧タービン１４Ｂから排気された蒸気を加熱し、加熱した蒸気を、前進用中圧タービン１４Ｃに供給する。再熱器１７から前進用中圧タービン１４Ｃに再熱蒸気が送られる経路の途中には再熱蒸気温度を計測するためのセンサが設けられている。なお、再熱蒸気温度を計測するためのセンサは、タービン入口直近に設けることにより、配管での圧力損失を加味してより正確に再熱蒸気温度を計測できる。

推進軸１１は、プロペラ軸１１Ａと、中間軸１１Ｂと、クラッチ１２とを備えている。
中間軸１１Ｂは、第２減速機１３Ｃに接続されている。また、中間軸１１Ｂの他端には、クラッチ１２を介してプロペラ軸１１Ａが接続されている。クラッチ１２は、嵌脱することによってプロペラ軸１１Ａと中間軸１１Ｂとの間を切り離し又は嵌合する。
プロペラ軸１１Ａの他端は、第１プロペラ１８が接続されている。

プロペラ軸１１Ａには、回転数発信器（図示せず）及び出力検出器（図示せず）が備えられている。回転数発信器から検出されたプロペラ軸１１Ａの回転数（以下「実回転数」という）と、出力検出器から検出されたプロペラ軸１１Ａの軸出力（以下「実軸出力」という）の信号は、統合制御装置３に出力される。

電気推進機関２は、推進軸２１と、減速機２３と、推進用電動機２４と、変圧器２５と、ディーゼル発電機２６と、第２プロペラ２８とを備えており、電気推進制御装置２０によって制御される。
ディーゼル発電機２６は、複数の発電機２６ａと、それぞれの発電機２６ａに対して設けられたディーゼルエンジン２６ｂとを備えている。ディーゼルエンジン２６ｂは、重油燃料および／またはガス燃料を燃焼させて運転される二元燃料ディーゼルエンジンである。発電機２６ａは、ディーゼルエンジン２６ｂにより駆動され、発生した電気を変圧器２５に送る。

変圧器２５は、発電機２６ａから取得した電力を変圧し、推進用電動機２４や他の電力消費者に送る。
推進用電動機２４は、変圧器２５を介して取得した発電機２６ａの発生電力によって回転駆動される。
減速機２３は、推進用電動機２４の駆動動力を減速して、推進軸２１に伝える。

推進軸２１は、プロペラ軸２１Ａと、中間軸２１Ｂと、クラッチ２２とを備えている。
中間軸２１Ｂは、減速機２３に接続されている。また、中間軸２１Ｂの他端には、クラッチ２２を介してプロペラ軸２１Ａが接続されている。クラッチ２２は、嵌脱することによってプロペラ軸２１Ａと中間軸２１Ｂとの間を切り離し又は嵌合する。
プロペラ軸２１Ａの他端は、第２プロペラ２８が接続されている。

プロペラ軸２１Ａには、回転数発信器（図示せず）及び出力検出器（図示せず）が備えられている。回転数発信器から検出されたプロペラ軸２１Ａの回転数（以下「実回転数」という）と、出力検出器から検出されたプロペラ軸２１Ａの軸出力（以下「実軸出力」という）の信号は、統合制御装置３に出力される。

統合制御装置３は、機関制御室（図示せず）に設けられている。統合制御装置３は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。

具体的には、図２に示されるように、統合制御装置３は、タービン制御装置１０と電気推進制御装置２０とを備えている。統合制御装置３は、操船の制御指示を出力値で取得し、２軸船の推進システム１００において、この出力値が得られるようにタービン制御装置１０と電気推進制御装置２０とを制御する。
電気推進制御装置２０は、船舶が港湾航行中は、操船者が発信する操作信号から算出される指示回転数に一致するように推進用電動機２４を制御して回転数制御を行う。
また、電気推進制御装置２０は、船舶が外洋航行中は、第２プロペラ２８のプロペラ軸の軸出力が、操船の制御指示として入力された出力値となる（一致する）ように推進用電動機２４をフィードバック制御する。

タービン制御装置１０は、船舶が港湾航行中は、操船者が発信する操作信号から算出される指示回転数に一致するように推進用蒸気タービン１４に供給される蒸気量を制御して推進用蒸気タービン１４の回転数を増減速させる回転数制御を行う。他の船舶の往来が多いような港湾航行中は負荷が小さいので、推進用蒸気タービン１４は回転数による調整ができる。
また、タービン制御装置１０は、船舶が外洋航行中は、操船の制御指示が出力値で入力されると、ＣＰＵによって、出力値をノズル弁１９の弁開度（ガバナリフト）に変換し、変換された弁開度となる（一致する）ようにノズル弁１９の開度をフィードバック制御する。より具体的には、タービン制御装置１０は、変換部（変換手段）１０１と、補正部（補正手段）１０２とを備えている。

変換部１０１は、出力値と該出力値を得るためのノズル弁１９の開度とを対応付けた第１対応情報を備えており、出力値の情報が入力された場合に、第１対応情報から該出力値に対応するノズル弁１９の開度（リフト）の情報を決定し、決定した値を、出力値から変換された弁開度として出力する。なお、第１対応情報は、机上における検討や、実際の運転（試運転を含む）によって得ることができる情報であり、出力値と出力値を得るためのノズル弁１９の開度の情報とを事前に得て、変換部１０１に格納させておく。
図３は、横軸にプロペラ軸１１Ａの軸出力、縦軸にノズル弁１９のリフト（バルブリフト）を示した第１対応情報の一例が示されている。例えば、変換部１０１は、出力値を取得すると、図３に示されるような第１対応情報に基づいて、取得した出力値に対応するリフトを読み出し、読み出されたリフトを出力値から変換された弁開度として出力する。

以下の補正部１０２による補正を行わない場合には、上述した変換部１０１で出力されたリフトがノズル弁１９のフィードバック制御の目標として用いられる。
本実施形態においては、変換部１０１と補正部１０２とを組み合わせ、操船の制御指示を出力値で取得した場合に、補正部１０２によってプラント状態に応じて出力値を補正した上で、補正した出力値に対するリフトを変換部１０１の第１対応情報に基づいて出力する場合を例に挙げて説明する。
以下に補正部１０２による出力値を補正する点について説明する。

補正部１０２は、タービン推進機関１のプラント状態に応じて、出力値を補正する。具体的には、プラント状態を示すパラメータと補正係数とを対応付ける第２対応情報を１つ以上備えており、プラント状態と第２対応情報とに基づいて決定される１つ以上の補正係数に基づいて、出力値を補正する。具体的には、補正部１０２は、制御指示として入力される目標となる出力値をＰとし、プラント状態を示すパラメータに応じた補正係数をＣとし、補正後の出力値をＰ´とした場合には、以下の（１）式により補正後の出力値Ｐ´を算出する。
Ｐ´＝Ｐ×Ｃ ・・・（１）

ここで、プラント状態を示すパラメータに応じた補正係数Ｃとは、例えば、推進用蒸気タービン１４に供給される主蒸気の圧力である主蒸気圧力に応じて設定される補正係数Ｃ１、主蒸気の温度に応じて設定される補正係数Ｃ２、再熱タービンである場合の再熱蒸気の配管圧力損失に応じて設定される再熱蒸気配管圧力損失係数（補正係数）Ｃ３、再熱タービンである場合の再熱蒸気の温度に応じて設定される補正係数Ｃ４、主復水器Ｍ／Ｃの真空度に応じて設定される補正係数Ｃ５、タービン出力に応じてタービン外部損失（減速機１３・タービンの風損・蒸気リークロス・機械損失等）のロスファクターが変動することを勘案し、タービン出力に応じて設定されるタービン外部損失係数（補正係数）Ｃ６等を含む。

なお、再熱蒸気配管圧力損失係数Ｃ３は、高圧タービン排気圧力（Ｐｈｐ＿ｅｘ）及び中圧タービン入口圧力（Ｐｉｐ＿ｉｎ）を計測し、その差ΔＰ（Ｐｈｐ＿ｅｘ−Ｐｉｐ＿ｉｎ）を求め、補正係数カーブより係数を求める。差圧が計画より大きければ、出力がショートするので、より多量の蒸気が必要という結果になる。
出力値の補正をする場合には、補正係数Ｃは、勘案する補正係数Ｃ１からＣ６をそれぞれ乗算する。つまり、補正係数Ｃ１からＣ６の全てを勘案して出力値を補正する場合には、Ｐ´は以下の（２）式のように求められる。
Ｐ´＝Ｐ×Ｃ１×Ｃ２×Ｃ３×Ｃ４×Ｃ５×Ｃ６ ・・・（２）

また、本実施形態において補正係数ＣはＣ１からＣ６の６つを用いているが、これに限定されず、少なくとも１つの補正係数Ｃを用いて出力値を補正すればよい。また、上述した６つ以外にも、他の補正係数を用いてもよい。例えば、タービンの中段から他の目的（熱交換器等）で用いるために蒸気を抽気している場合の蒸気抽気量を計測しておき、蒸気抽気量をプラント状態を示すパラメータとし、蒸気抽気量に対する補正係数を設定してもよい。
また、本実施形態においては、蒸気タービンが再熱タービンを用いていたが、非再熱タービンを用いる場合には、補正係数Ｃ３及びＣ４を用いない。

図４から図９には、本実施形態に係る統合制御装置３で用いる補正係数Ｃ１からＣ６を求めるための第２対応情報の一例が示されている。
図４は、現在のプラントから検出された前進用高圧タービン１４Ｂ入口の主蒸気圧力に対して決定される補正係数Ｃ１を示している。
図５は、現在のプラント状態を示すパラメータを前進用高圧タービン１４Ｂ入口の主蒸気温度とし、主蒸気温度に対して決定される補正係数Ｃ２を示している。
図６は、現在のプラント状態を示すパラメータを再熱器１７の再熱蒸気が流通する配管の圧力損失とし、検出された再熱蒸気配管の圧力損失に対して決定される補正係数Ｃ３を示している。

図７は、現在のプラント状態を示すパラメータを前進用中圧タービン１４Ｃ入口の再熱蒸気温度とし、検出された再熱蒸気温度に対して決定される補正係数Ｃ４を示している。
図８は、現在のプラント状態を示すパラメータを主復水器の真空度とし、検出された主復水器真空度に対して決定される補正係数Ｃ５を示している。
図９は、定格タービン出力に対する現在のタービン出力の割合に対して決定される補正係数Ｃ６を示している。

タービン制御装置１０は、補正部１０２によって補正後の出力値Ｐ´が得られると、変換部１０１の第１対応情報を参照し、補正後の出力値Ｐ´に対応するリフトを読み出し、読み出されたリフトを出力する。
このようにタービン制御装置１０は、補正部１０２によって出力されたリフトによってノズル弁１９をフィードバック制御する。
ここで、例として、定格８．８ＭｐａＧ×５５５℃（主蒸気／再熱蒸気）×７２２ｍｍＨｇｖ（主復水器真空）のタービンに対して、プラント状態８．８ＭＰａＧ×５３５℃（主蒸気／再熱蒸気）×７１８ｍｍＨｇｖ（主復水器真空）における１０ＭＷの出力値の制御指示があった場合を仮定して検討する。なお、再熱蒸気配管圧力損失は計画通りと仮定し、定格でのタービン出力は１３ＭＷ、外部損失を４％とする。

このような場合、制御指示として出力値Ｐ＝１０，０００ｋＷ、主蒸気圧力の補正係数Ｃ１＝１．００００、主蒸気温度の補正係数Ｃ２＝１．００８５、再熱蒸気の配管圧力損失係数Ｃ３＝１．００００、再熱蒸気温度の補正係数Ｃ４＝１．０１８７、主復水器真空度の補正係数Ｃ５＝１．００５９、タービン外部損失係数Ｃ６＝１．０２１４とし、これらを上記（２）式に代入すると、補正後の出力値Ｐ´＝１０，５５５ｋＷとなる。

このように仮定されたプラント状態では、出力値の制御指示に対して約５．６％大きい出力（制御指示の補正）が要求されることとなる。
つまり、第１対応情報において、出力値の制御指示（Ｐ＝１０，０００ｋＷ）より約５．６％大きい１０．５５５ｋＷに相当するリフトを出力することにより、１０ＭＷ相当のリフトよりも大きめのリフトが出力され、仮定したプラント状態でも蒸気タービンの軸出力で１０ＭＷが達成できることになる。

次に、船舶の前進時におけるタービン推進機関１及び電気推進機関２の運転方法について説明する。
タービン推進機関１は、主ボイラ１６で発生した主蒸気が、ノズル弁１９を介して前進用高圧タービン１４Ｂに供給される。前進用高圧タービン１４Ｂに流入した主蒸気は、ノズル内を流動中に、その保有する熱エネルギが運動エネルギに変換され、高速流動の蒸気となる。この高速流動の蒸気は、タービン翼（図示せず）に作用して前進用高圧タービン１４Ｂのタービン軸を回転駆動させる。

前進用高圧タービン１４Ｂを通過した蒸気は、再熱器１７に導かれる。
再熱器１７に導かれた蒸気は、再過熱され飽和温度以上に熱せられて過熱蒸気にされる。過熱蒸気は、前進用中圧タービン１４Ｃに供給される。
前進用中圧タービン１４Ｃには、再熱器１７から過熱蒸気が導かれる。
前進用中圧タービン１４Ｃに供給された過熱蒸気は、前進用高圧タービン１４Ｂと同様に、ノズル（図示せず）内を流動中に、その保有する熱エネルギが運動エネルギに変換され、高速流動の蒸気となる。この高速流動の蒸気は、タービン翼（図示せず）に作用して前進用高圧タービン１４Ｂのタービン軸をさらに回転駆動させる。前進用中圧タービン１４Ｃを通過した蒸気は、前進用低圧タービン１４Ａに導かれる。

前進用低圧タービン１４Ａに導かれた蒸気は、前進用高圧タービン１４Ｂ及び前進用中圧タービン１４Ｃと同様に、ノズル（図示せず）内を流動中にその保有する熱エネルギが運動エネルギに変換され、高速流動の蒸気となる。この高速流動の蒸気は、タービン翼（図示せず）に作用して前進用低圧タービン１４Ａのタービン軸を回転駆動させる。

前進用高圧タービン１４Ｂ及び前進用中圧タービン１４Ｃによって駆動されたタービン軸の出力は、高圧タービン側第１減速機１３Ａによって低下される。前進用低圧タービン１４Ａのタービン軸の出力は、低圧タービン側第１減速機１３Ｂによって低下される。高圧タービン側第１減速機１３Ａ及び低圧タービン側第１減速機１３Ｂの出力は、第２減速機１３Ｃに伝達される。第２減速機１３Ｃにより、高圧タービン側第１減速機１３Ａ及び低圧タービン側第１減速機１３Ｂの出力は、合成されて１つの出力となる。１つになった出力は、第２減速機１３Ｃにおいてさらに低下される。

低下された出力は、中間軸１１Ｂに伝達される。中間軸１１Ｂに伝達された出力は、クラッチ１２が嵌合状態の場合にはプロペラ軸１１Ａに伝達される。中間軸１１Ｂからプロペラ軸１１Ａに出力が伝達されることにより第１プロペラ１８が回転駆動され推力が発生する。一方、クラッチ１２が脱状態の場合には、中間軸１１Ｂの出力はプロペラ軸１１Ａに伝達されない。プロペラ軸１１Ａに出力が伝達されないため第１プロペラ１８が回転駆動されず推力が発生しない。また、クラッチ１２が脱状態の場合には、第１プロペラ１８が空転しても空転の影響が推進用蒸気タービン１４には伝達されない。

また、電気推進機関２は、ディーゼルエンジン２６ｂにおいて重油燃料および／またはガス燃料が燃焼され運転されると発電機２６ａが駆動される。発電機２６ａが駆動することにより発生された電気は変圧器２５で変圧され、推進用電動機２４に送られる。
推進用電動機２４は、変圧器２５を介して取得したディーゼル発電機２６で発生した電力によって回転駆動され、減速機２３で推進用電動機２４の出力が低下される。低下された出力は、推進軸２１に伝達される。中間軸２１Ｂに伝達された出力は、クラッチ２２が嵌合状態の場合にはプロペラ軸２１Ａに伝達される。中間軸２１Ｂからプロペラ軸２１Ａに出力が伝達されることにより第２プロペラ２８が回転駆動され推力が発生する。一方、クラッチ２２が脱状態の場合には、中間軸２１Ｂの出力はプロペラ軸２１Ａに伝達されない。プロペラ軸２１Ａに出力が伝達されないため第２プロペラ２８が回転駆動されず推力が発生しない。

次に、本実施形態に係る統合制御装置３の制御方法について図１０を用いて説明する。
船舶の外洋航行中に、操船者は、船橋に設置されている制御盤に設けられているエンジンテレグラフによって制御指示を出力値で入力すると（図１０のステップＳＡ１）、出力値Ｐの制御指示が、電気推進機関２及びタービン推進機関１に入力される。
推進軸２１は、推進用電動機２４への動力信号による出力制御にて制御される（図１０のステップＳＡ２）。取得された出力値Ｐは、推進用電動機２４の出力目標とされ、推進用電動機２４が制御される（図１０のステップＳＡ３）。推進用電動機２４の出力が、制御指示の出力値となったか否かが判定され（図１０のステップＳＡ４）、出力値に到達していなければ図１０のステップＳＡ３が繰り返される（図１０のステップＳＡ４のＮｏ）。推進用電動機２４の出力が出力値に到達した場合には（図１０のステップＳＡ４のＹｅｓ）、このとき第２プロペラ２８に接続されるプロペラ軸２１Ａの軸出力及び回転数の情報が、統合制御装置３に出力される（図１０のステップＳＡ５）。

一方、タービン推進機関１は、操船者から入力された出力値Ｐを取得する（図１０のステップＳＡ６）。第２対応情報に基づいて、プラント状態を示すパラメータに応じた補正係数Ｃ１からＣ６を決定し、上述した（２）式に基づいて出力値Ｐが補正され、補正後の出力値Ｐ´が決定される（図１０のステップＳＡ７）。第１対応情報と、補正後の出力値Ｐ´とに基づいて、補正後の出力値Ｐ´に応じたガバナリフトが決定され、出力値からリフトの信号に変換される（図１０のステップＳＡ８）。推進用高圧タービン１４Ｂのノズル弁１９のガバナリフト制御が行われる（図１０のステップＳＡ９）。リフトが、補正後の出力値Ｐ´に応じたガバナリフトに一致したか否かが判定され（図１０のステップＳＡ１０）、一致していなければリフトがフィードバック制御される（図１０のステップＳＡ１０のＮｏ）。

一致していれば（図１０のステップＳＡ１０のＹｅｓ）、このとき第１プロペラ１８に接続されるプロペラ軸１１Ａの実軸出力の情報と実回転数が出力される（図１０のステップＳＡ１１）。
リフト制御が完了すると、プロペラ軸１１Ａの実軸出力Ｐ´´が、操船者により入力された制御指示の出力値Ｐと比較される。実軸出力Ｐ´´と出力値ＰとがＰＩ（またはＰＩＤ）制御され（図１０のステップＳＡ１２）、指示出力Ｐの修正（Ｐ´＿ｃ）を行い、この修正指示出力Ｐ´＿ｃに対してプラント状態に応じた補正がなされ、補正後の出力値Ｐ´が決定される。

以降、動作フローを繰り返すことによって、タービン推進機関１を制御指示の出力値Ｐに合わせる。
このように、本実施形態によれば、操船者からの制御指示（制御信号）は、両軸において出力値Ｐで統一されており、その出力値Ｐが得られるようにタービン推進機関１と電気推進機関２とを制御しているので、タービン推進機関１と電気推進機関２とを同期させることができる。

また、従来の制御方法について図１１を用いて説明する。
船舶の外洋航行中に、操船者がエンジンテレグラフから制御指示をし、従来の推進システムが制御指示を受ける（図１１のステップＳＢ１）。エンジンテレグラフからの信号を出力に変化させ、推進軸２１は、推進用電動機２４への動力信号による出力制御によって制御される（図１１のステップＳＢ２）。推進用電動機２４は、出力制御される（図１１のステップＳＢ３）。
また、エンジンテレグラフからの信号をリフトに変化させ、推進軸１１は、ガバナによるノズル弁１９のリフト制御によって制御される（図１１のステップＳＢ６）。ノズル弁１９は、リフト制御される（図１１のステップＳＢ７）。

タービン推進機関１は、エンジンテレグラフ指示相当のリフトに到達したか否かを判定し（図１１のステップＳＢ８）、リフトに到達していなければリフト制御を繰り返し、リフトに到達していれば、実軸出力と実回転数を出力して制御を終了する（図１１のステップＳＢ９）。一方、電気推進機関２は、エンジンテレグラフ指示相当の出力に到達したか否かが判定され（図１１のステップＳＢ４）、出力に到達していなければ出力制御を繰り返し、出力に到達していれば、実軸出力と実回転数を出力して制御を終了する（図１１のステップＳＢ５）。
このように、タービン推進機関１はエンジンテレグラフ指示相当のリフト制御、電気推進機関２はエンジンテレグラフ指示相当の出力制御が行われており、２軸の両軸で制御方法が異なっているため、結果として両軸の出力、或いは、回転数は必ずしも同期した状態にはならない。

以上説明してきたように、本実施形態に係る船舶の統合制御装置３、それを備えた船舶、及び統合制御方法並びにプログラムによれば、操船の制御指示が出力値によって入力されると、入力された出力値が弁開度に変換され、変換された弁開度を得るように蒸気タービンの蒸気供給量を調整するノズル弁１９の開度がフィードバック制御されるので、タービン推進機関１によって回転される第１プロペラ１８のプロペラ軸１１Ａの軸出力が、入力された出力値となるように制御される。また、電気推進機関２によって回転される第２プロペラ２８は、制御指示で入力された出力値となるように推進器電動機２４がフィードバック制御されて、プロペラ軸２１Ａの軸出力が制御される。

従来、外洋航行中においては、１軸の舶用蒸気タービンにおいてはリフト制御が常識とされていたが、本実施形態によれば、出力指示に基づいて制御を行うこととしたので、２軸船で他方（つまり、電気推進機関２）の出力と併せて制御でき、タービン推進機関１と電気推進機関２との同期が容易となり、制御ロジックの画一性と操作性向上を図ることができる。

また、タービン制御装置１０のプラント状態が変動することを勘案し、プラント状態に応じて出力値を補正するので、タービン推進機関１によって駆動されるプロペラ軸１１Ａの軸出力が制御指示の出力値に速やかに調整され、制御指示で意図した状態（例えば、船速や出力達成等）に速やかに収束させることができる。
また、プラント状態を示すパラメータとこれに対応する補正係数Ｃを対応付けた第２対応情報に基づいて補正係数Ｃを簡便に決定できるので、出力値の補正も簡便に行える。

上述した実施形態においては、第１対応情報及び第２対応情報をグラフで示していたが、これに限定されず、出力値に対してリフトを求めるための演算式を第１対応情報としたり、パラメータに対して補正係数を求めるための演算式を第２対応情報としてもよく、第１対応情報及び第２対応情報の形式は特に限定されるものでない。

〔変形例〕
なお、船舶の使用や機器の劣化により、タービン出力とリフトの関係を示す第１対応情報の特性は、経年的に変化するものであるので、上述した統合制御装置３の変換部１０１は、所定期間毎に第１対応情報を補正することとしてもよい。
蒸気発生側である主ボイラ１６を含むプラントとしては、主蒸気圧力や再熱蒸気温度等に経年的変化が生じる可能性はあるが、タービンが受ける蒸気圧力や温度が変化するだけであり、タービン本体に形状変化や経年劣化等がなければ、これらの因子とタービン性能との関係は大きく変化しない。これに対し、第１対応情報においては、プラントの使用年数が経過することにより、蒸気に含まれるシリカ成分等の影響で調速弁スロート部やタービンノズル面積が狭まり、新造時と比較すると同じリフトでもタービン出力が得られない状況になることがある。

こうした現状のタービンの実体を把握するために、本変形例においては、所定期間毎に運航データを収集（サンプリング）し、収集したデータに基づいて第１対応情報を補正する。これにより、経年的な変化の影響を反映させた第１対応情報を生成でき、現在使用しているタービン推進機関に応じた出力値に対するノズル弁（調整弁）１９の弁開度を決定できる。

図１２には、変形例に係る第１対応情報の一例が示されている。
図１２の点線で示されるように、プラントの使用当初に第１対応情報として用いていた実線ラインよりも上方にシフトし、補正されている。
運転を開始する時点（例えば、新造時）では、経年的な変化による影響を予め決めておくことはできないが、運航データを収集して補正することにより、現在のタービンの実体に合せた第１対応情報を生成することにより、実体に合わせた出力調整が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施が可能である。

１ タービン推進機関
２ 電気推進機関
３ 統合制御装置
１０ タービン制御装置
１１Ａ プロペラ軸
１４ 推進用蒸気タービン（タービン）
１５ 蒸気発生装置
１６ 主ボイラ
１７ 再熱器
１８ 第１プロペラ（プロペラ）
１９ ノズル弁（調整弁）
２０ 電気推進制御装置
２１Ａ プロペラ軸
２４ 推進用電動機（電動機）
２８ 第２プロペラ（別のプロペラ）
１００ 推進システム

Claims (9)

1. 電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に設けられる統合制御装置であって、
   タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関を制御するタービン制御装置と、
   電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関を制御する電気推進制御装置と、を具備し、
   操船の制御指示が出力値で入力されると、
   前記電気推進制御装置は、前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御し、
   前記タービン制御装置は、前記出力値を前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記調整弁の開度をフィードバック制御し、
   前記タービン制御装置は、前記出力値と該出力値を得るための前記調整弁の開度とを対応付けた第１対応情報を備えており、前記出力値が入力された場合に、前記第１対応情報から該出力値に対応する前記調整弁の開度の情報を決定し、前記出力値から変換された前記弁開度として出力する変換手段を具備する統合制御装置。
2. 前記変換手段は、所定期間毎に前記船舶の運航データを収集し、前記運航データに基づいて前記第１対応情報を補正する請求項１に記載の統合制御装置。
3. 電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に設けられる統合制御装置であって、
   タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関を制御するタービン制御装置と、
   電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関を制御する電気推進制御装置と、を具備し、
   操船の制御指示が出力値で入力されると、
   前記電気推進制御装置は、前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御し、
   前記タービン制御装置は、前記出力値を前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記調整弁の開度をフィードバック制御し、
   前記タービン制御装置は、前記タービン推進機関のプラント状態に応じて、前記出力値を補正する補正手段を具備する統合制御装置。
4. 前記補正手段は、
   前記プラント状態を示すパラメータと補正係数とを対応付ける第２対応情報を１つ以上備えており、前記プラント状態と前記第２対応情報とに基づいて決定される１つ以上の補正係数に基づいて、前記出力値を補正する請求項３に記載の統合制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の統合制御装置と、
   タービンによって船舶のプロペラを回転させるタービン推進機関と、
   電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる電気推進機関と
   を具備する船舶。
6. 電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に適用される統合制御方法であって、
   タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関の出力を制御するタービン制御ステップと、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関の出力を制御する電気推進制御ステップとを備え、
   操船の制御指示が出力値で入力されると、
   前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御し、
   前記出力値を弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の開度をフィードバック制御し、
   前記出力値と該出力値を得るための前記調整弁の開度とを対応付けた第１対応情報を備え、前記出力値が入力された場合に、前記第１対応情報から該出力値に対応する前記調整弁の開度の情報を決定し、前記出力値から変換された前記弁開度として出力する統合制御方法。
7. 電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に適用される統合制御方法であって、
   タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関の出力を制御するタービン制御ステップと、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関の出力を制御する電気推進制御ステップとを備え、
   操船の制御指示が出力値で入力されると、
   前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御し、
   前記出力値を弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の開度をフィードバック制御し、
   前記タービン推進機関のプラント状態に応じて、前記出力値を補正する統合制御方法。
8. 電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に適用され、タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関を制御するタービン制御装置と、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関を制御する電気推進制御装置とを備える船舶の統合制御プログラムであって、
   操船の制御指示が出力値で入力されると、
   前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御させる第１処理と、
   前記出力値を弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の開度をフィードバック制御させる第２処理と、
   前記出力値と該出力値を得るための前記調整弁の開度とを対応付けた第１対応情報を備え、前記出力値が入力された場合に、前記第１対応情報から該出力値に対応する前記調整弁の開度の情報を決定し、前記出力値から変換された前記弁開度として出力する変換処理と
   をコンピュータに実行させるための統合制御プログラム。
9. 電気推進機関と、タービン推進機関とを異なる種類の推進機関とし、右舷及び左舷にそれぞれプロペラを設ける多軸船に適用され、タービンによって船舶のプロペラを回転させる前記タービン推進機関を制御するタービン制御装置と、電動機によって前記プロペラとは異なる別のプロペラを回転させる前記電気推進機関を制御する電気推進制御装置とを備える船舶の統合制御プログラムであって、
   操船の制御指示が出力値で入力されると、
   前記別のプロペラのプロペラ軸の軸出力が前記出力値となるように前記電動機をフィードバック制御させる第１処理と、
   前記出力値を弁開度に変換し、変換された前記弁開度を得るように前記タービンの作動流体の供給量を調整する調整弁の開度をフィードバック制御させる第２処理と、
   前記タービン推進機関のプラント状態に応じて、前記出力値を補正する補正処理と
   をコンピュータに実行させるための統合制御プログラム。

Images