JPS61228300A - 水中航走体のプロペラ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ランキンサイクル型エンジンをそなえた、水
中航走体のプロペラ駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

従来上り、第４図に示すごとく、水中航走体において、
そのプロペラ４を回啄駆動するためのタービン２の出口
側から入口側へ向けて順にコンデンサ５を給水ポンプ６
および燃焼器１を有するランキンサイクル型エンノンを
そなえた水中航走体のプロペラ駆動装置が開発されてい
る。

このような水中航走体のプロペラ駆動装置では、燃焼器
１によって加熱された蒸気が、供給管３０を通じてター
ビン２へ供給され、この蒸気によりタービン２が仕事を
する。

そして、タービン２から排出管３１を通じ排出された蒸
気がコンデンサ５で凝縮され復水されて飽和水となった
のち、給水ポンプ６の作動によりコンデンサ５から給水
管１０を経て燃焼器１へ送られ、その後再度蒸気となっ
てタービン２へ供給されるようになっている。

また、タービン２とプロペラ４との間には、減速器３が
介装されており、この減速器３はプロペラ４を回転させ
る一方、この減速器３からの動力信号が結線１２を介し
て給水ポンプ６へ供給され、これにより給水ポンプ６が
作動するようになっている。

なお、第４図中の符号８は燃料管１１に介装された燃料
流ｆ！Ｌｖ４節弁を示し、符号９は燃料管１１の先端付
きのバーナーを示している。

そして、給水ポンプ６とタービン２とは減速器３を介し
て結線１２により結合されているため、タービン２の回
転数が増減すると、給水ポンプ６の回転数も増減する。

しかしながら、通常は、タービン通過流量およびタービ
ン回転数の関係と、給水ポンプ通過流量およびポンプ回
転数の関係とは同一ではない。

すなわち、あるプロペラ回転数に対応するタービン通過
流量とポンプ通過流量とは、タービン特性やポンプ特性
上同一にすることができないため、何等かの方法で給水
流量制御を実現する必要がある。

そして、かかる給水流量制御を実現できなければ、水中
航走体の速度制御もうまく行なえない。

このために給水管１０において給水ポンプ６をバイパス
する戻り流路管１０′および戻り流量調節弁７を設けて
、最適な給水流量制御を実現できるようにして、水中航
走体の速度制御を可能にしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述の水中航走体のプロペラ駆動装置では、
最大負荷状態で回転するプロペラ４の回転数を減少させ
ようとする場合、戻り流ｆｌｙ！４節弁７を開くことに
より、戻り流路管１０′内を流れる戻り流量を大きくし
、給水管１０を通じて燃焼器１へ送給される給水流量を
減少させるとともに、燃料流量調節弁８の開度を小さく
して燃焼器１へ供給される燃料流量を減少させることが
行なわれス。

しかしながら、このようにして燃焼器１へ送給される給
水流量や燃料流量を減少させても、燃焼器１の蒸発管内
に残っている残留水が蒸気となり同燃焼器１から吐出さ
れて、この蒸気が供給管３０を通じてタービン２へ供給
される。

したがって、プロペラ４の回転数を減少させるのに長い
時間が必要となり、瞬時にプロペラ４の回転数を減少さ
せることができず、水中航走体の運動性能が低下すると
いう問題点がある。

本発明は、このような問題点の解決をはかろうとするも
ので、プロペラの回転数を減少させるのに要する時間を
短縮して、水中航走体の運動性能を向上させるようにし
た、水中航走体のプロペラ駆動装置を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 このため第１８目の発明は、水中航走体において、その
プロペラを駆動するタービンと、同タービンへ熱媒を供
給する供給管と、同供給管を介し上記タービンへ供給さ
れる熱媒を加熱する燃焼器と、上記タービンに排出管を
介し接続されて同夕−ビンからの排出熱媒を凝縮するコ
ンデンサと、同コンデンサと上記燃焼器とを接続する流
体管に介装されて同コンデンサの凝縮流体を上記燃焼器
へ送給する流体ポンプと、同流体ポンプから吐出された
凝縮流体を同流体ポンプよりも上流側へ戻す戻り流路管
と、同戻り流路管に介装された戻り流量調節弁とからな
るランキンサイクル型エンジンをそなえ、上記供給管と
上記排出管とを連通するタービンバイパス管と、同ター
ビンバイパス管に介装された流量調節弁とが設けられた
ことを特徴としている。

また、第２番目の発明は、上述の第１の発明の構成にお
いて、さらに、上記戻り流路管が、上記流体ポンプの下
流側における上記流体管と上記流量調節弁の下流側にお
ける上記タービンバイパス管または上記排出管とを連通
するように配設されたことを特徴としている。

〔作　用〕

上述の構成により、第１番目の発明では、戻り流量調節
弁を開いて燃焼器へ送給される凝縮流体の流量を減少さ
せ、上記燃焼器における凝縮流体の加熱を停止もしくは
抑制するとともに、タービンバイパス管の流量調節弁を
開くことにより、タービンへ供給される熱媒流量が急激
に減少して、ただちにプロペラの回転数が減少する。

また、＠２番目の発明では、このような第１番目の作用
に加えて、タービンバイパス管およゾ排出管を通じてコ
ンデンサへ流入する熱媒が、戻り流路管を通じて上記タ
ービンバイパス管または上記排出管へ流入する凝縮流体
と混合して冷却されたのち上記コンデンサへ流入する。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の実施例について説明する。＊
ず、第１番目の発明の一実施例としての水中航走体のプ
ロペラ駆動装置について説明すると、第１図はそのラン
キンサイクル型エンジンを示す系統図、第２図はその制
御機構を含む全体構成を示す系統図である。

第１図に示すように、本実施例の水中航走体のプロペラ
駆動装置は、第４図に示す従来の水中航走体のプロペラ
駆動装置とほぼ同様に構成されており、タービン２の出
口側には、排出管３１によってコンデンサ５が接続され
ていて、このコンデンサ５には、流体管としての給水管
１０がｉ統される。

また、この給水管１０には流体ポンプとしての給水ポン
プ６が介装されるとともに、同給水管１０は燃焼器１へ
連通する。

この燃焼器１は、燃料管１１に介装された燃料流量調節
弁８によって流量を調節された燃料を受け、この燃料を
バーナー９によって燃焼するようになっている。

さらに、燃焼器１は、供給管３０によってタービン２の
入口側へ接続される。

給水管１０には、給水ポンプ６の吐出口と流入口とを結
ぶ戻り流路管１０′が接続されており、この戻り流路管
１０′には、戻り流量調節弁７が設けられている。

また、タービン２とプロペラ４との間には、減速器３が
介装されており、この減速器３がプロペラ４を回転させ
る一方、この減速器３と給水ポンプ６とは結線１２によ
り接続される。

そして、本実施例では、上述の構成に加えて、供給管３
０と排出管３１とを連通するタービンバイパス管２７が
配設されており、このタービンバイパス管２７には流量
調節弁２８が介装される。

この流量調節弁２８は、通常は全開の状態に保たれる。

なお、あるプロペラ回転数に対して必要とされるタービ
ン２の通過流量の方が、プロペラ４の回転数に対応する
給水ポンプ６の流量よりも大きくなるように給水ポンプ
６の能力が設計されている。

上述のような水中航走体のプロペラ駆動装置では、燃焼
器１へ給水管１０を通じて熱媒としての水が送給され、
この水が燃焼器１内を通過して蒸気となり、供給管３０
を通じてタービン２へ供給される。

タービン２は、減速器３を介して接続されたプロペラ４
を回転させて水中競走体を航走させる。

タービン２へ供給された蒸気は、排出管３１を通じてコ
ンデンサ５へ送給され、このコンデンサ５において凝縮
され復水されて凝縮流体としての飽和水となったのち、
この飽和水、が、給水ポンプ６の作動により給水管１０
を通じて再度燃焼器１へ送給される。

そして、給水ポンプ６は、減速器３からの動力信号を結
線１２を介しで受けて、その作動を制御されるようにな
っている。

また、戻り流ｉ＊節弁７の開閉状態ないし開度を調節す
ることにより、給水ポンプ６による過剰な流量を、戻り
流量調節弁７を開いて戻り流路管１０’を介し給水ポン
プ６の上流側における給水管１０へ流すことによって、
プロペラ回転数に対するタービン通過流量と給水管通過
流量とが等しく保たれる。

ところで、上述の水中航走体のプロペラ駆動装置には制
御機構Ａが設けられており、この制御機構Ａには、戻り
流量調節弁制御系Ｂｅと燃料流量調節弁制御系Ｆｃおよ
びタービンバイパス流量調節弁制御系Ｔｅとが設けられ
ている。

１６からの回転数設定値信号をランプ関数発生器（ＲＡ
ＭＰ）１７が受けるようになっていて、このランプ関数
発生器１７により徐々に変化する信号となった回転数設
定値信号を減算器１８および関数発生器（ＦＸ）２０が
受けるようになっていて、減算器１８は、タービン軸２
ａの回転数をタービン回転数センサ（ＲＰＭ）１４から
受けて回転数偏差信号を比例積分制御器（ＰＩ）１９へ
出力する。

比例積分制御器１つの出力は、回転数に対するオフセッ
トをなくすための補正量信号として減算器２２へ供給さ
れる。

減算器２２は、この補正量信号と、関数発生器２０から
のタービン入口圧力に対する先行信号とを受けで、その
差をとり、タービン入口圧力設定値信号を減算器２４へ
出力する。

減算器２４は、タービン入口圧力設定値信号と、供給管
３０に接続するタービン入口圧力センサ（Ｐ）１５から
のタービン圧力信号とを受けて、その偏差をとり圧力偏
差信号を比例積分制御器（ＰＩ）２５へ出力する。

比例積分制御器２５は、その出力信号を戻り流量調節弁
７へ出力する。

これにより、戻り流量調節弁７の開閉状態が制御されて
、戻り流路管１０′の流量が制御される。

また、燃料流量調節弁制御系Ｆｃでは、回転数設定器１
６からの回転数設定値信号をランプ関数発生器（ＲＡＭ
Ｐ）１７が受けるようになっていて、このランプ関数発
生ｎ１７により徐々に変化する信号となった回転数設定
値信号を関数発生器（ＦＸ）２１が受けるようになって
おり、関数発生器２１からのタービン入口温度設定値信
号は減算器２３へ送られる。

減算器２３では、タービン入口温度設定値信号と、供給
管３０内の熱媒の温度ないし供給菅３０の温度を検出す
るタービン入口温度センサ１３からの実タービン入口温
度信号とを受けて、その差を演算し、温度偏差信号を比
例積分制御器（Ｐ　Ｉ　）２６へ出力する。

ルミｎ宴会り駄本１言伽！１ノ畔−□〇６＋上　　　リ
ー＾ｔ口本増ロー↓　ムホ！を翻信号として燃料流量調
節弁８へ供給し、これにより、燃料流１１調節弁８を増
減制御しで、燃料管１１を通じてバーナー９へ供給され
る燃料量が調節されて、それにより、タービン入口温度
が制御される。

さらに、タービンバイパス流量調節弁制御ｉＡ　Ｔ　ｃ
では、流量調節弁制御Ｉ器３２が回転数設定器１６から
プロペラ４の減速命令を受けると、タービン回伝数セン
サ１４により検出されたタービン軸２ａの回転数が、回
転数設定器１６における回転数設定値へ減少するまで、
流量調節弁制御器３２から流量調節弁２８へ弁全開信号
が送られ、この流量調節弁２８が全開とされる。

そして、タービン軸２ａの回転数が、回転数設定値に達
すると、ただちに流′ｊｌｌｌ！節弁制御器３２から流
ｆｌＬ￥１４節弁２８へ弁全閉信号が送られ、流量調節
弁２８が全閉とされる。

上述のような本実施例の水中航走体のプロペラ駆動装置
においては、最大負荷状態で回松するプ゛　　　下のよ
うにして行なわれる。

すなわち、まず、回転数設定器１６より減速命令が発せ
られると、ただちに戻り流量調節弁制御系Ｂｅにより、
戻り流量調節弁７の開度が大さくされ、燃焼器１への給
水流量が減らされる。

また、燃料流量調節弁制御系Ｆｃにより、燃料流１１４
節弁８の開度が小さくされ、燃焼器１へ供給される燃料
流量が絞られる。

それと同時に、タービンバイパス流量調節弁制御ＲＴｃ
により、流量調節弁２８が全開とされ、これにより燃焼
器Ｉの蒸発管内の残留水が加熱されて発生した蒸気が、
タービンバイパス管２７を通じて排出管３１へ流される
。

このようにして、タービン２へ蒸気が供給されなくなり
、プロペラ４の回転数が急激に減少する。

そして、この回転数が回転数設定値に達すると、タービ
ンバイパス流量調節弁制御ＰＳＴ　ｃにより、再び流量
調節弁２８が全閉とされる。

したがって、上述の水中航走体のプロペラ駆動装置では
、必要に応じてプロペラ４の回転数をわの運動性能が大
幅に向上するのである。

なお、制御機構Ａの戻り流量調節弁制御系Ｂｅにおいて
は、タービン回蛯数センサ１４からのタービン回転数信
号を減算器１８および比例積分制御器１９を通じて減算
器２２が受けるので、関数発生器２０からの回転数に対
する圧力設定値に多少の誤差が存在しても、これを補正
することができ、この補正値に基づき所望のタービン回
転数を実現することができる。

また、制御機＠Ａの燃料流ｉａ節節制制御系ｃにおいて
は、タービン入口温度センサ１３からの実際のタービン
入口温度と回転数に応じたタービン入口温度設定値との
偏差に応じで、燃料流量を調節することができ、これに
よりタービン入口温度を制御することができる。

つぎに、第２番目の発明の一実施例としての水中航走体
のプロペラ駆動装置についで説明すると、第３図はその
ランキンサイクル型エンジンを示す系統図である。

第３図に示すように、本実施例では、上述の第１番目の
発明における水中航走体のプロペラ駆動装置とほぼ同様
の構成において、戻り流路管１０″（第１図の符号１０
′参照）が、給水ポンプ６の下流側における給水管１０
と排出管３１とを連通するように配設されるとともに、
この戻り流路管１０″には戻り流量調節弁７′が介装さ
れる。

そして、最大負荷状態で回転するプロペラ４の回転数を
瞬時に減少させる作動は、上述の第１番目の発明と同様
に、燃料流Ｊｉｍ！１節弁８を絞り、戻り流量調節弁７
′を開（とともに、流ｉ￥１４節弁２８を全開とするこ
とにより行なわれるが、このとき戻り流路管１０″を流
れる飽和水は、排出管３１へ流入する。

そして、タービンバイパス管２７を通じて排出管３１へ
流入する蒸気は、同排出Ｗ３１内において上記飽和水と
混合して冷却されたのち、コンデンサ５へ流入する。

したがって、流量調節弁２８が全開とされることにより
、タービンバイパス管２７から排出Ｗ３１ヘ一時的に多
量の蒸気が流入しても、この蒸気はコンデンサ５へ流入
する以前にあらかじめ冷却されるので、コンデンサ５へ
かかる負担が軽減される。

このため、コンデンサ５の容量がそれほど大きくなくて
もよいので、コンデンサ５がより小型化・軽量化される
。

以上のように、第２番目の発明では、プロペラ４の回転
数を短時間で減少させることができ、水中航走体の運動
性能が大幅に向上するばかりが、水中航走体へ搭載され
るコンデンサ５が小型化・軽量化されるので、水中航走
体全体も小型化・軽量化される利点がある。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、第１番目の発明の水中航走体のプ
ロペラ駆動装置によれば、水中航走体において、そのプ
ロペラを駆動するタービンと、同タービンへ熱媒を供給
する供給管と、同供給管を介し上記タービンへ供給され
る熱媒を加熱する燃焼器と、上記タービンに排出管を介
し接続されて同タービンからの排出熱媒を凝縮するコン
デンサと、同コンデンサと上記燃焼器とを接続する流体
管に介装されて同コンデンサの凝縮流体を上記燃焼器へ
送給する流体ポンプと、同流体ポンプから吐出された凝
縮流体を同流体ポンプよりも上流側へ戻す戻り流路管と
、同戻り流路管に介装された戻り流量調節弁とからなる
ランキンサイクル型エンジンをそなえ、上記供給管と上
記排出管とを連通ずるタービンバイパス管と、同タービ
ンバイパス管に介装された流量調節弁とが設けられると
いう簡素な構成で、プロペラの回転数を減少させるのに
要する時間を大幅に短縮することができ、水中航走体の
運動性能が者しく向上するのである。

また、第２番目の発明の水中航走体のプロペラ駆動装置
では、水中航走体において、そのプロペラを駆動するタ
ービンと、同タービンへ熱媒を供給する供給管と、同供
給管を介し上記タービンへ供給される熱媒を加熱する燃
焼器と、上記タービンに排出管を介し接続されて同ター
ビンからの排出熱媒を凝縮するコンデンサと、同コンデ
ンサとンデンサの凝縮流体を上記燃焼器へ送給する流体
ポンプと、同流体ポンプから吐出された凝縮流体を同流
体ポンプよりも上流側へ戻す戻り流路管と、同戻り流路
管に介装された戻り流量調節弁とからなるランキンサイ
クル型エンジンをそなえ、上記供給管と上記排出管とを
連通するタービンバイパス管と、同タービンバイパス管
に介装された流量ＩｊｌＷ１弁とが設けられて、上記戻
り流路管が、上記流体ポンプの下流側における上記流体
管と上記流ｊｌｓ１１節弁の下流側における上記タービ
ンバイパス管または上記排出管とを連通するように配設
されるという簡素な構成で、プロペラの回転数を減少さ
せるのに要する時間を大幅に短縮することができ、水中
競走体の運動性能が者しく向上するばかりか、上記コン
デンサにかかる負担が小さいため、同コンデンサを小型
化・＠量化でき、水中航走体全体の小型化・軽量化に寄
与するうえに、その製造に要する経突が節減される利点
もある。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は第１番目の発明の一実施例としての水中航
走体のプロペラ駆１Ｍ装置を示すもので、第１図はその
ランキンサイクル型エンジンを示す系統図、第２図はそ
の制御機構を含む全体構成を示す系統図であり、第３図
は第２番目の発明の一実施例としての水中航走体のプロ
ペラ駆動装置においてそのランキンサイクル型エンジン
を示す系統図であり、第４図は従来の水中航走体のプロ
ペラ駆動装置においてそのランキンサイクル型エンジン
を示す系統図である。 １・・燃焼器、２・・タービン、２ａ・・タービン軸、
３・・減速器、４・・プロペラ、５・・コンデンサ、６
・・流体ポンプとしての給水ポンプ、７，７′　・・戻
り流量調節弁、８・・燃料流量調節弁、９・・バーナー
、１０・・流体管としての給水管、１０’　、１０”・
・戻り流路管、１１・・燃料管、１２・・結線、１３・
・タービン入口温度センサ（Ｔ）、１４・・タービン回
転数センサ（ＲＰＭ）、１５・・タービン入口圧力セン
サ（Ｐ）、１６”・・回転数設定器、１７・・ランプ関
数発生器（ＲＡＭＰ）、１８・・減算器、１９・・比例
積分制御器（ＰＩ）、２０．２１・・関数発生器（ＦＸ
）、２２〜２４・・減算器、２５．２６・・比例積分制
御器（ＰＩ）、２７・・タービンバイパス管、２８・・
流量調節弁、３０・・供給管、３１・・排出管、３２・
・流１１調節弁制御器、Ａ・・制御機構、Ｂｅ・・戻り
流量ｖ４ｆｆＢ弁制御系、Ｆｃ・・燃料流量調節弁制御
系、Ｔｃ・・タービンバイパス流量調節弁制御系。 復代理人　弁理士　　飯　沼　義　彦 第１図 ｕ　　＋＋＋＋＋　　　＋−＋＋＋＋＋＋＋＋　　＋＋
＋＋　　＋＋Ｊ第３１！１ 第４ａｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水中航走体において、そのプロペラを駆動するタ
   ービンと、同タービンへ熱媒を供給する供給管と、同供
   給管を介し上記タービンへ供給される熱媒を加熱する燃
   焼器と、上記タービンに排出管を介し接続されて同ター
   ビンからの排出熱媒を凝縮するコンデンサと、同コンデ
   ンサと上記燃焼器とを接続する流体管に介装されて同コ
   ンデンサの凝縮流体を上記燃焼器へ送給する流体ポンプ
   と、同流体ポンプから吐出された凝縮流体を同流体ポン
   プよりも上流側へ戻す戻り流路管と、同戻り流路管に介
   装された戻り流量調節弁とからなるランキンサイクル型
   エンジンをそなえ、上記供給管と上記排出管とを連通す
   るタービンバイパス管と、同タービンバイパス管に介装
   された流量調節弁とが設けられたことを特徴とする、水
   中航走体のプロペラ駆動装置。
2. （２）水中航走体において、そのプロペラを駆動するタ
   ービンと、同タービンへ熱媒を供給する供給管と、同供
   給管を介し上記タービンへ供給される熱媒を加熱する燃
   焼器と、上記タービンに排出管を介し接続されて同ター
   ビンからの排出熱媒を凝縮するコンデンサと、同コンデ
   ンサと上記燃焼器とを接続する流体管に介装されて同コ
   ンデンサの凝縮流体を上記燃焼器へ送給する流体ポンプ
   と、同流体ポンプから吐出された凝縮流体を同流体ポン
   プよりも上流側へ戻す戻り流路管と、同戻り流路管に介
   装された戻り流量調節弁とからなるランキンサイクル型
   エンジンをそなえ、上記供給管と上記排出管とを連通す
   るタービンバイパス管と、同タービンバイパス管に介装
   された流量調節弁とが設けられて、上記戻り流路管が、
   上記流体ポンプの下流側における上記流体管と上記流量
   調節弁の下流側における上記タービンバイパス管または
   上記排出管とを連通するように配設されたことを特徴と
   する、水中航走体のプロペラ駆動装置。