WO2014073243A1 - 船舶推進装置、船舶、及び船舶推進方法 - Google Patents

船舶推進装置、船舶、及び船舶推進方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a ship propulsion apparatus, a ship, and a ship propulsion method.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose techniques related to a shaft generator motor that obtains surplus electric power in a generated ship and energizes a main engine.
  • Patent Document 1 discloses the feedforward opening degree of the opening degree of the control valve for the gas turbine that controls the flow rate of the exhaust gas from the main engine supplied to the gas turbine based on the required power amount in the ship and the load of the main engine. And calculating the fuel injection amount of the main engine corresponding to the output during motor operation of the shaft generator motor as a converted fuel injection amount, and calculating the converted fuel from the fuel injection amount supplied to the main engine A ship including a fuel injection amount control unit that subtracts an injection amount is disclosed.
  • Patent Document 1 does not particularly mention the magnitude of the required power amount in the ship and the capacity of the shaft generator motor.
  • This invention is made in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the ship propulsion apparatus, ship, and ship propulsion method which can raise the energy efficiency of a ship more by simple control. To do.
  • the ship propulsion device, the ship, and the ship propulsion method of the present invention employ the following means.
  • the marine vessel propulsion apparatus includes a main engine that is provided with a supercharger and drives a propeller for marine vessel propulsion, a gas turbine that is driven by exhaust gas from the main engine, and the gas turbine
  • a marine vessel propulsion apparatus including a turbine generator driven by the motor and an energizing motor for energizing propulsion of the vessel, the difference between the amount of electric power generated by the turbine generator and the required electric energy of the marine equipment
  • the power consumption amount of the boosting motor reaches a preset power amount, and when the generated power amount exceeds the total of the power consumption amount and the required power amount, The amount of exhaust gas extracted into the gas turbine is reduced.
  • the marine vessel propulsion device of this configuration is provided with a supercharger, a main engine that drives a propeller for marine propulsion, a gas turbine that is driven by exhaust gas of the main engine, a turbine generator that is driven by the gas turbine, A biasing motor that biases the propulsion of the ship.
  • the ship propulsion device places the highest priority on the supply of power to the ship equipment, and drives the energizing motor with the surplus power. For this reason, all of the surplus power is consumed by the boost motor, but if the power consumption of the marine equipment decreases and the surplus power exceeds the maximum power consumption of the boost motor, the generated power of the turbine generator The amount will remain without being consumed.
  • the preset power amount is, for example, the maximum power consumption amount of the boosting motor.
  • this control is a simple control because the total amount of power consumed by the ship is compared with the amount of generated power to control the amount of exhaust gas extracted from the gas turbine.
  • this configuration can further improve the energy efficiency of the ship by simple control.
  • the gas turbine is configured such that, when the generated power amount exceeds the total of the maximum power consumption amount and the inboard required power amount of the boost motor, the total and the generated power amount are equal. It is preferable to reduce the amount of extracted exhaust gas.
  • a ship according to the second aspect of the present invention includes the ship propulsion device described above.
  • the ship propulsion method includes a step of driving a propeller for propulsion by driving a main engine, a step of generating a power by driving a gas turbine by exhaust gas of the main engine, and propulsion of the vessel.
  • a method of propelling the ship, wherein the ship propulsion is energized by a surplus power amount that is a difference between the generated power amount and the required power amount in the ship, and the power consumption amount due to the energization is set in advance. When the generated power amount exceeds the sum of the consumed power amount and the inboard required power amount, the amount of exhaust gas extracted into the gas turbine is reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a ship propulsion device 10 provided in the ship 1.
  • the marine vessel propulsion apparatus 10 includes a main engine 12, a gas turbine 14, a steam generator 16, a steam turbine 18, and a turbine generator 20.
  • the main engine 12 is a diesel engine, and is provided with a supercharger 22 and an exhaust gas manifold pipe 24.
  • the main engine 12 is directly connected to one end of the propulsion shaft 26 and rotates the propulsion shaft 26.
  • a propeller 29 for propulsion of the ship 1 is fixed to the other end of the propulsion shaft 26.
  • the supercharger 22 includes a turbine 22A and a compressor 22B provided on the same axis.
  • the turbine 22 ⁇ / b> A is driven to rotate by the exhaust gas discharged from the main engine 12 being guided through the exhaust gas manifold pipe 24.
  • a compressor 22B provided on the same axis rotates to compress the air. The compressed air is supplied to the main engine 12.
  • the exhaust gas branch pipe 25 is branched from between the exhaust gas manifold pipe 24 and the turbine 22 ⁇ / b> A and connected to the gas turbine 14. On the other hand, the exhaust gas outlet side of the turbine 22 ⁇ / b> A is connected to the steam generator 16.
  • the gas turbine 14 includes a turbine 14A and a shaft 14B.
  • the turbine 14A is rotationally driven by high-temperature exhaust gas exhausted from the main engine 12, and rotates the shaft 14B connected to the turbine 14A.
  • the exhaust gas outlet side of the turbine 14 ⁇ / b> A merges with the exhaust gas outlet side of the turbine 22 ⁇ / b> A included in the supercharger 22, and is connected to the steam generator 16.
  • the exhaust gas branch pipe 25 is provided with a gas turbine main closing valve 27 and a gas turbine control valve 28.
  • the gas turbine main shut-off valve 27 cuts off the exhaust gas supplied from the main engine 12 to the gas turbine 14, does not require any control except for opening and closing, and is normally fully open.
  • the gas turbine control valve 28 controls the extraction amount of exhaust gas into the gas turbine 14 and is fully opened unless the scavenging pressure of the main engine 12 is lowered more than necessary.
  • the exhaust gas branch pipe 25 and the exhaust gas outlet side of the turbine 14 ⁇ / b> A are bypassed by a bypass pipe 32 including an exhaust gas bypass valve 30. Even if the gas turbine control valve 28 is fully opened, the exhaust gas bypass valve 30 is opened if the scavenging pressure has a margin. As a result, the amount of water evaporation in the steam generator 16 described later increases, and the amount of power generated by the steam turbine 18 increases.
  • the steam generator 16 includes an exhaust gas economizer 34 and a brackish water separator 36.
  • the exhaust gas economizer 34 includes a superheater 34A and an evaporator 34B in its flue.
  • the superheater 34A and the evaporator 34B are installed in parallel in order from the bottom to the top in the exhaust gas economizer 34.
  • High-temperature exhaust gas flows in the flue of the exhaust gas economizer 34 and is released to the atmosphere through a chimney (not shown).
  • Steam is guided from the upper part of the brackish water separator 36 to the superheater 34A. Water is led to the evaporator 34B from the lower part of the brackish water separator 36.
  • brackish water separator 36 water is separated in the lower part and steam is separated in the upper part.
  • the water in the brackish water separator 36 is guided to an evaporator 34B in the exhaust gas economizer 34 by a boiler water circulation pump 38.
  • Steam containing water from the evaporator 34B of the exhaust gas economizer 34 is guided to the brackish water separator 36 and separated into water and steam.
  • the separated steam is guided to a superheater 34A in the exhaust gas economizer 34.
  • the steam turbine 18 includes a turbine 18A and a shaft 18B.
  • the turbine 18A is rotationally driven by the steam supplied from the steam generator 16, and rotates the shaft 18B connected to the turbine 18A.
  • a steam turbine control valve 40 is provided between the exhaust gas economizer 34 and the steam turbine 18, and the steam turbine control valve 40 controls the pressure of the steam supplied to the steam turbine 18 to be constant.
  • the turbine generator 20 is installed coaxially with a shaft 14B included in the gas turbine 14 and a shaft 18B included in the steam turbine 18, and is driven by the gas turbine 14 and the steam turbine 18 to generate power.
  • the electric power generated by the turbine generator 20 is connected to the inboard system via the power line 42, supplied to the various marine equipment 44 and the boost motor 46, and used to drive the marine equipment 44 and the boost motor 46.
  • the gas turbine 14 and the steam turbine 18 are installed coaxially.
  • the present invention is not limited to this, and the gas turbine 14 and the steam turbine 18 are connected in parallel to generate power by driving each of them. It is good also as a structure.
  • the energizing motor 46 is provided between the main engine 12 and the propeller 29 for propulsion, and energizes the main engine 12. Note that the amount of power consumed by the energizing motor 46 is detected by the power amount detection unit 49.
  • the power line 42 that supplies power to the marine equipment 44 and the booster motor 46 is appropriately provided with a breaker 48 for stopping the supply of power.
  • the ship 1 includes a power generation diesel engine (not shown) as an auxiliary generator, and the generated power is also connected to the inboard system via the power line 42.
  • a power generation diesel engine (not shown) as an auxiliary generator, and the generated power is also connected to the inboard system via the power line 42.
  • the electric power required for each marine equipment 44 (hereinafter referred to as “inboard required electric energy”) is a control unit (not shown) from current values and voltage values obtained from an ammeter and a voltmeter connected to the inboard system. (Power management system: hereinafter referred to as “PMS”).
  • PMS Power management system
  • the ship 1 is, for example, a large container ship carrying a refrigerated container
  • the power consumption of the ship equipment 44 is large, all the power generated by the turbine generator 20 can be consumed.
  • the ship 1 in which the power consumption of the marine equipment 44 such as an oil tanker or a bulk carrier is not large, even if the boosting motor 46 is provided, it may not be possible to consume all the power generated by the turbine generator 20.
  • the marine vessel propulsion apparatus 10 drives the energizing motor 46 by the surplus electric energy that is the difference between the electric power generated by the turbine generator 20 and the inboard required electric energy of the marine equipment 44. Then, the ship propulsion apparatus 10 reaches the preset power amount (hereinafter referred to as “set power amount”) and the sum of the power consumption amount and the inboard required power amount (hereinafter referred to as “the set power amount”). , Referred to as “total power amount”), the amount of exhaust gas extracted into the gas turbine 14 is reduced when the generated power amount exceeds.
  • the set power amount is, for example, the maximum power amount that can be consumed by the energizing motor 46 (hereinafter referred to as “maximum power consumption amount”), but is not limited thereto, and the power amount is lower than the maximum power consumption amount. Also good.
  • the surplus power is used for the boosting motor 46 and the surplus power is absorbed by the boosting motor 46. it can. Even if the boosting motor 46 absorbs surplus power, if surplus power is generated, the amount of exhaust to the gas turbine 14 is reduced, and only the improvement of the scavenging pressure of the main engine 12 is controlled, thereby controlling the operation. It can be done easily.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the valve opening degree control device 50 of the gas turbine control valve 28 according to the present embodiment.
  • the valve opening control device 50 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a computer-readable recording medium.
  • a series of processes for realizing various functions is recorded on a recording medium or the like in the form of a program as an example, and the CPU reads the program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing. As a result, various functions are realized.
  • a CPU Central Processing Unit
  • RAM Random Access Memory
  • the valve opening control device 50 includes a summing unit 52, a comparison unit 54, and a valve opening calculating unit 56, and controls the valve opening of the gas turbine control valve 28.
  • the total unit 52 calculates a total power amount that is the sum of the power consumption amount of the boost motor 46 detected by the power amount detection unit 49 and the inboard required power amount of the marine equipment 44 and outputs the total power amount to the comparison unit 54.
  • the energizing motor 46 is controlled so that the power consumption amount does not exceed the set power amount. Further, the inboard required power amount of the marine equipment 44 is output from the PMS.
  • the comparison unit 54 compares the input total power amount with the generated power amount of the turbine generator 20 and outputs the comparison result to the valve opening calculation unit 56.
  • the valve opening calculation unit 56 calculates a valve opening command value based on the comparison result by the comparison unit 54, and outputs it to the gas turbine control valve 28.
  • valve opening calculation unit 56 When the comparison result indicates that the total electric energy exceeds the generated electric energy, the valve opening calculation unit 56 outputs a valve opening command value for fully opening the gas turbine control valve 28.
  • the valve opening calculation unit 56 turns the gas turbine control valve 28 on.
  • the valve opening command value is output in the closing direction.
  • the valve opening calculation unit 56 may calculate the valve opening command value by PI control based on the difference between the generated power amount and the total power amount. Table information indicating the relationship between the difference and the valve opening may be stored in advance, and a valve opening command value corresponding to the difference may be calculated based on the table information.
  • valve opening calculation part 56 calculates the valve opening command value from which total electric energy and generated electric energy become equal.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the amount of power generated by the turbine generator 20 and its consumption state.
  • the turbine generator 20 As shown in FIG. 3, power generation by the turbine generator 20 is started at time t1, and since the amount of power generated by the turbine generator 20 is less than the required power amount onboard until time t2, the diesel engine for power generation is also used. It is generating electricity.
  • the rated load which is the load of the main engine 12, at time t2 is 60%, and the rated load increases with time.
  • the rated load is a value obtained by subtracting the shaft generator (Shaft Generator Motor: SGM) output from the engine load (shaft output).
  • surplus power is generated at time t ⁇ b> 2 when the rated load becomes 60%, and the energization of the main engine 12 by the energizing motor 46 is started.
  • the marine vessel propulsion apparatus 10 places the highest priority on the supply of electric power to the marine equipment 44 and drives the urging motor 46 with surplus electric power.
  • the propeller rotation speed of the main engine 12 is controlled to be constant, if the actual rotation speed of the propeller 29 for propulsion is higher than the set rotation speed by the boost motor 46, the fuel valve of the main engine 12 is turned off.
  • the aperture propeller rotational speed is controlled to be the set rotational speed.
  • the required power amount in the ship is constant, so that the rated load increases and the surplus power amount increases.
  • the surplus power amount reaches the maximum power consumption set by the set power amount of the boost motor 46, and the boost motor 46 boosts the main engine 12 with the maximum power consumption. It will be. Therefore, when the rated load is 60 to 85% with respect to the required power amount in the ship, it is possible to perform the operation of absorbing the surplus power by the boost motor 46, and the timing for starting the boost motor 46 for efficient operation is determined. Thus, the activation control of the energizing motor 46 can be facilitated.
  • the maximum power consumption amount of the turbine generator 20 is 1400 kW and the maximum inboard required power amount is 700 kW
  • the maximum power consumption amount of the boost motor 46 can be set to 700 kW which is the difference. It is also possible to further suppress the maximum power consumption of the boost motor 46 by using the boost motor 46 having a smaller maximum power consumption or by setting the set power amount to be smaller than the maximum power consumption.
  • the surplus power exceeds the maximum power consumption of the boost motor 46, that is, the generated power exceeds the total power.
  • the valve opening degree of the gas turbine control valve 28 is controlled in the closing direction by the valve opening degree control device 50, the amount of exhaust gas extracted into the gas turbine 14 is reduced, and the rated load is further increased (at time t3). Even if the rated load is 85% to 100%, the generated power amount of the turbine generator 20 is equal to the total power amount.
  • the maximum power consumption amount of the boost motor 46 is constant, so that the generated power amount and the total power amount are equal, Further, the valve opening of the gas turbine control valve 28 is controlled in the closing direction, and the amount of generated power is reduced.
  • the surplus power used by the boosting motor 46 can be further reduced.
  • control according to the present embodiment is a simple control because the total amount of power consumed by the ship 1 is compared with the amount of generated power and the amount of exhaust gas extracted to the gas turbine 14 is controlled.
  • the marine vessel propulsion apparatus 10 drives the energizing motor 46 by the surplus electric energy that is the difference between the electric power generated by the turbine generator 20 and the required electric energy of the marine equipment 44.
  • the amount of generated power exceeds the sum of the amount of power consumed by the boost motor 46 and the amount of power required by the marine equipment 44, the amount of exhaust gas extracted into the gas turbine 14 is reduced.
  • the ship propulsion apparatus 10 can further increase the energy efficiency of the ship 1 through simple control.

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Abstract

船舶(1)は、過給機(22)が設けられ、推進用プロペラ(29)を駆動させるメインエンジン(12)の排ガスによって駆動されるガスタービン(14)と、排ガスによって生成された蒸気によって駆動される蒸気タービン(18)と、タービン発電機(20)による発電電力が供給されて動作する船舶機器(44)と、タービン発電機(20)による発電電力が供給されて駆動し、メインエンジン(12)を加勢する加勢モータ(46)を備える。船舶推進装置(10)は、タービン発電機(20)による発電電力量と船舶機器(44)の要求電力量との差分である余剰電力量によって加勢モータ(46)を駆動し、加勢モータ(46)の消費電力量が予め設定した電力量に達し、かつ該消費電力量と船舶機器(44)の要求電力量との合計を発電電力量が超える場合に、ガスタービン(14)への排ガスの抽気量を減少させる。

Description

船舶推進装置、船舶、及び船舶推進方法
 本発明は、船舶推進装置、船舶、及び船舶推進方法に関するものである。
 従来から、メインエンジン(主機)の排ガスによってガスタービンを駆動させたり、排ガスによってエコノマイザで蒸気を発生させて蒸気タービンを駆動させることで発電して船内の要求電力量を補う船舶が開発されていた。
 また、特許文献1,2には、発電した船内の余剰電力量を得てメインエンジンを加勢する軸発電機モータに関する技術が開示されている。
 特に、特許文献1には、船内要求電力量およびメインエンジンの負荷に基づいて、ガスタービンに供給されるメインエンジンからの排ガスの流量を制御するガスタービン用制御弁の開度をフィードフォワード開度として演算するガスタービン制御部と、軸発電機モータのモータ運転時の出力に相当するメインエンジンの燃料噴射量を換算燃料噴射量として演算し、メインエンジンに供給される燃料噴射量から該換算燃料噴射量を減算する燃料噴射量制御部とを備える船舶が開示されている。
特開2011-116152号公報 特開2010-222001号公報
 特許文献1に記載の船舶は、船内要求電力量に基づいてガスタービン用制御弁の開度をフィードフォワード制御するので、船内の余剰電力量を可及的に減じることができ、また、船内電力が急激に減少して比較的大きな余剰電力量が発生した場合に、軸発電機モータによる軸の加勢を行うと共に、目標のプロペラ回転数となるように軸発電機モータの運転時の出力に相当するメインエンジンの燃料噴射量を減じて、燃費を向上させることができる。
 しかしながら、特許文献1に記載の船舶では、ガスタービン用制御弁の開度をフィードフォワード制御し、余剰電力量が発生した場合に軸発電機モータによる軸の加勢を行うと共にメインエンジンの燃料噴射量を減じる、というようにその制御が複雑である。また、特許文献1は、船内要求電力量と軸発電機モータの容量の大小については特に言及していない。
 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、簡易な制御によって船舶のエネルギー効率をより高めることができる、船舶推進装置、船舶、及び船舶推進方法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、本発明の船舶推進装置、船舶、及び船舶推進方法は以下の手段を採用する。
 すなわち、本発明の第一態様に係る船舶推進装置は、過給機が設けられ、船舶の推進用プロペラを駆動させるメインエンジンと、前記メインエンジンの排ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンによって駆動されるタービン発電機と、前記船舶の推進を加勢する加勢モータと、を備える船舶推進装置であって、前記タービン発電機による発電電力量と前記船舶機器の要求電力量との差分である余剰電力量によって前記加勢モータを駆動し、前記加勢モータの消費電力量が予め設定した電力量に達し、かつ該消費電力量と前記要求電力量との合計を前記発電電力量が超える場合に、前記ガスタービンへの排ガスの抽気量を減少させる。
 本構成の船舶推進装置は、過給機が設けられ、船舶の推進用プロペラを駆動させるメインエンジンと、メインエンジンの排ガスによって駆動されるガスタービンと、ガスタービンによって駆動されるタービン発電機と、船舶の推進を加勢する加勢モータと、を備える。
 船舶推進装置は、船舶機器への電力の供給を最優先とし、余剰電力量によって加勢モータを駆動させる。このため、余剰電力量の全てが加勢モータによって消費されることとなるが、船舶機器の消費電力が減少し、余剰電力量が加勢モータの最大消費電力量を超えると、タービン発電機の発電電力量は消費されることなく余ることとなる。
 そこで、加勢モータの消費電力量が予め設定した電力量に達し、かつ該消費電力量と船内要求電力量との合計を発電電力量が超える場合に、ガスタービンへの排ガスの抽気量が減少される。予め設定した電力量は、例えば加勢モータの最大消費電力量である。
 ガスタービンへの排ガスの抽気量が減少されることにより、船舶機器及び加勢モータにも用いられない余剰な発電電力の発生を防止でき、メインエンジンの排ガスがより多く過給機へ送気されるので、メインエンジンの燃費を向上させることができる。また、船内要求電力量が小さい船舶に対して、加勢モータとして、最大消費電力量の小さいモータを用いることで、余剰電力を加勢モータに利用し、余剰電力を加勢モータで吸収できる。加勢モータが余剰電力を吸収しても、さらに余剰電力が発生する場合には、ガスタービンへの排気量を減少させ、メインエンジンの掃気圧向上のみを制御することにより、運転制御を容易に行うことができる。
 さらに、本制御は、船舶で消費される合計電力量と発電電力量とを比較し、ガスタービンへの排ガスの抽気量を制御するので、簡易な制御である。
 従って、本構成は、簡易な制御によって船舶のエネルギー効率をより高めることができる。
 上記第一態様では、前記加勢モータの最大消費電力量と前記船内要求電力量との合計を前記発電電力量が超える場合に、前記合計と前記発電電力量とが等しくなるように、前記ガスタービンへの排ガスの抽気量を減少させることが好ましい。
 本構成によれば、加勢モータの最大消費電力量と船舶機器の船内要求電力量との合計がタービン発電機の発電電力量と等しくすることによって、発電電力量に余剰が発生しないので、船舶のエネルギー効率をより高めることができる。
 また、本発明の第二態様に係る船舶は、上記記載の船舶推進装置を備える。
 また、本発明の第三態様に係る船舶推進方法は、メインエンジンの駆動によって推進用プロペラを駆動させる工程と、前記メインエンジンの排ガスによってガスタービンを駆動し発電を行う工程と、船舶の推進を加勢する工程と、からなる船舶推進方法であって、発電電力量と船内要求電力量との差分である余剰電力量によって前記船舶の推進を加勢し、加勢による消費電力量が予め設定した電力量に達し、かつ該消費電力量と前記船内要求電力量との合計を前記発電電力量が超える場合に、前記ガスタービンへの排ガスの抽気量を減少させる。
 本発明によれば、簡易な制御によって船舶のエネルギー効率をより高めることができる、という優れた効果を有する。
本発明の実施形態に係る船舶推進装置の構成図である。 本発明の実施形態に係るガスタービン制御弁の弁開度制御装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るタービン発電機による発電電力量とその消費状態の一例を示す図である。
 以下に、本発明に係る船舶推進装置、船舶、及び船舶推進方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
 図1は、船舶1に設けられた船舶推進装置10の概略構成を示している。
 船舶推進装置10は、メインエンジン12、ガスタービン14、蒸気発生装置16、蒸気タービン18、及びタービン発電機20を備える。
 メインエンジン12は、ディーゼル機関であり、過給機22と排ガスマニホールド管24が設けられる。メインエンジン12は、推進軸26の一端に直結され、この推進軸26を回転駆動させる。推進軸26の他端には、船舶1の推進用プロペラ29が固定されている。
 過給機22は、同軸上に設けられたタービン22Aと圧縮機22Bとを備える。タービン22Aは、メインエンジン12から排出された排ガスが排ガスマニホールド管24を介して導かれ回転駆動される。タービン22Aが駆動されると、同軸上に設けられた圧縮機22Bが回転し空気を圧縮する。圧縮された空気は、メインエンジン12へ供給される。
 排ガスマニホールド管24とタービン22Aとの間からは、排ガス分岐管25が分岐され、ガスタービン14に接続される。一方、タービン22Aの排ガス出口側は、蒸気発生装置16に接続される。
 ガスタービン14は、タービン14Aと軸14Bと備える。タービン14Aは、メインエンジン12から排気される高温の排ガスによって回転駆動され、タービン14Aに接続される軸14Bを回転させる。タービン14Aの排ガス出口側は、過給機22が備えるタービン22Aの排ガス出口側と合流し、蒸気発生装置16に接続される。
 また、排ガス分岐管25には、ガスタービン主塞止弁27とガスタービン制御弁28とが設けられる。ガスタービン主塞止弁27は、メインエンジン12からガスタービン14に供給される排ガスの断絶を行うものであり、開閉を除く制御が不要であり、通常は全開となっている。ガスタービン制御弁28は、排ガスのガスタービン14への抽気量を制御するものであり、メインエンジン12の掃気圧が必要以上に低下しない限り全開とされる。
 さらに、排ガス分岐管25とタービン14Aの排ガス出口側とは、排ガスバイパス弁30を備えるバイパス管32によってバイパスされる。ガスタービン制御弁28が全開とされても、掃気圧に余裕がある場合は、排ガスバイパス弁30が開かれる。その結果、後述する蒸気発生装置16における水の蒸発量が増し、蒸気タービン18による発電力量が増加する。
 蒸気発生装置16は、排ガスエコノマイザ34と汽水分離器36とを備える。
 排ガスエコノマイザ34は、その煙道内に過熱器34Aと蒸発器34Bとを備える。過熱器34Aと蒸発器34Bとは、排ガスエコノマイザ34内を下から上に向かって順番に平行に据え付けられている。排ガスエコノマイザ34の煙道内には、高温の排ガスが流れ、煙突(図示せず)を経て大気に放出される。過熱器34Aには、汽水分離器36の上部から蒸気が導かれる。蒸発器34Bには、汽水分離器36の下部から水が導かれる。
 汽水分離器36内は、下部に水が上部には蒸気が分離して溜められる。汽水分離器36内の水は、ボイラ水循環ポンプ38によって排ガスエコノマイザ34内の蒸発器34Bに導かれる。汽水分離器36には、排ガスエコノマイザ34の蒸発器34Bからの水分を含んだ蒸気が導かれ水と蒸気とに分離される。分離された蒸気は、排ガスエコノマイザ34内の過熱器34Aに導かれる。
 蒸気タービン18は、タービン18Aと軸18Bとを備える。タービン18Aは、蒸気発生装置16から供給される蒸気によって回転駆動され、タービン18Aに接続される軸18Bを回転させる。排ガスエコノマイザ34と蒸気タービン18との間には蒸気タービン制御弁40が設けられ、蒸気タービン制御弁40は、蒸気タービン18へ供給される蒸気の圧力が一定となるように制御する。
 タービン発電機20は、ガスタービン14が備える軸14B及び蒸気タービン18が備える軸18Bと同軸状に設置され、ガスタービン14及び蒸気タービン18によって駆動されて発電する。タービン発電機20による発電電力は、電力線42を介して船内系統へと接続され、各種船舶機器44や加勢モータ46へ供給され、船舶機器44や加勢モータ46の駆動に用いられる。
 なお、本実施形態では、ガスタービン14と蒸気タービン18が同軸状に設置される構成としたが、これに限られず、ガスタービン14と蒸気タービン18が並列に接続され、各々の駆動により発電する構成としてもよい。
 加勢モータ46は、メインエンジン12と推進用プロペラ29との間に設けられ、メインエンジン12を加勢する。なお、加勢モータ46の消費電力量は、電力量検知部49によって検知される。
 なお、船舶機器44及び加勢モータ46に電力を供給する電力線42には、電力の供給を停止させるための遮断機48が適宜備えられる。
 さらに、本実施形態の船舶1は、図示しない発電用ディーゼルエンジンを補機発電機として備えており、これらの発電電力も電力線42を介して船内系統へと接続される。
 なお、各船舶機器44で必要とする電力(以下、「船内要求電力量」という。)は、船内系統に接続された電流計および電圧計から得た電流値および電圧値から図示しない制御部(パワーマネージメントシステム:以下、「PMS」という。)にて演算される。
 ここで、船舶1が例えば冷凍コンテナを積載する大型コンテナ船の場合は、船舶機器44の消費電力量が大きいため、タービン発電機20による発電電力量を全て消費できる。しかしながら、油タンカーやバルクキャリアのような船舶機器44の消費電力量が大きくない船舶1では、例え加勢モータ46を備えていてもタービン発電機20による発電電力量を全て消費できない場合がある。
 そこで、本実施形態に係る船舶推進装置10は、タービン発電機20による発電電力量と船舶機器44の船内要求電力量との差分である余剰電力量によって加勢モータ46を駆動させる。そして、船舶推進装置10は、加勢モータ46の消費電力量が予め設定した電力量(以下、「設定電力量」という。)に達し、かつ該消費電力量と船内要求電力量との合計(以下、「合計電力量」という。)を発電電力量が超えた場合に、ガスタービン14への排ガスの抽気量を減少させる。なお、設定電力量は、例えば加勢モータ46で消費可能な最大の電力量(以下、「最大消費電力量」という。)であるが、これに限らず、最大消費電力量よりも低い電力量としてもよい。
 また、船内要求電力量が小さい船舶1に対して、加勢モータ46として、最大消費電力量の小さい加勢モータを用いることで、余剰電力を加勢モータ46に利用し、余剰電力を加勢モータ46で吸収できる。加勢モータ46が余剰電力を吸収しても、さらに余剰電力が発生する場合には、ガスタービン14への排気量を減少させ、メインエンジン12の掃気圧向上のみを制御することにより、運転制御を容易に行うことができる。
 図2は、本実施形態に係るガスタービン制御弁28の弁開度制御装置50の電気的構成を示すブロック図である。なお、弁開度制御装置50は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、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る。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、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、各種機能が実現される。
 弁開度制御装置50は、合計部52、比較部54、及び弁開度演算部56を備え、ガスタービン制御弁28の弁開度を制御する。
 合計部52は、電力量検知部49で検知された加勢モータ46の消費電力量と船舶機器44の船内要求電力量との和である合計電力量を算出し、比較部54へ出力する。なお、加勢モータ46は、消費電力量が設定電力量を超えないように制御される。また、船舶機器44の船内要求電力量はPMSから出力される。
 比較部54は、入力された合計電力量とタービン発電機20の発電電力量とを比較し、比較結果を弁開度演算部56へ出力する。
 弁開度演算部56は、比較部54による比較結果に基づいて弁開度指令値を演算し、ガスタービン制御弁28へ出力する。
 合計電力量が発電電力量を超えることを比較結果が示している場合、弁開度演算部56は、ガスタービン制御弁28を全開にする弁開度指令値を出力する。
 一方、加勢モータ46の消費電力量が設定電力量に達し、かつ合計電力量を発電電力量が超えることを比較結果が示している場合、弁開度演算部56は、ガスタービン制御弁28を閉じる方向に弁開度指令値を出力する。この場合、弁開度演算部56は、例えば、発電電力量と合計電力量との差分に基づいてPI制御により弁開度指令値を算出してもよいし、発電電力量と合計電力量との差分と弁開度との関係を示したテーブル情報を予め記憶し、該テーブル情報に基づいて差分に応じた弁開度指令値を算出してもよい。
 なお、弁開度演算部56は、合計電力量と発電電力量とが等しくなる弁開度指令値を算出することが好ましい。
 図3は、タービン発電機20による発電電力量とその消費状態の一例を示す図である。
 図3に示されるように、時間t1にタービン発電機20による発電が開始され、時間t2までは、タービン発電機20による発電電力量が船内要求電力量に比べて少ないため、発電用ディーゼルエンジンも発電している。なお、時間t2においてメインエンジン12の負荷である定格負荷は、60%であり、時間と共に定格負荷が上昇する。なお、定格負荷は、機関負荷(軸出力)から軸発電機(Shaft Generator Motor:SGM)出力を減じた値である。
 定格負荷の上昇と共にタービン発電機20の発電電力量は増加するため、発電電力量と船内要求電力量との差が余剰電力量となり、余剰電力量は全て加勢モータ46へ供給される。図3の例では、定格負荷が60%となった時間t2において余剰電力が発生し、加勢モータ46によるメインエンジン12の加勢が開始される。
 このように、船舶推進装置10は、船舶機器44への電力の供給を最優先とし、余剰電力によって加勢モータ46を駆動させる。
 なお、メインエンジン12のプロペラ回転数は一定となるように制御されるため、加勢モータ46により推進用プロペラ29の実回転数が設定回転数よりも上昇する場合は、メインエンジン12の燃料弁を絞りプロペラ回転数を設定回転数となるように制御させる。
 そして、図3の例では、船内要求電力量は一定であるため、定格負荷が上昇すると共に余剰電力量が増加する。時間t3、すなわち定格負荷が85%に達すると、余剰電力量が加勢モータ46の設定電力量で設定された最大消費電力量に達し、加勢モータ46は最大消費電力量でメインエンジン12を加勢することとなる。
 よって、船内要求電力量に対し定格負荷が60~85%の間は加勢モータ46で余剰電力の吸収を行うといった運転が可能となり、効率良く運転するための加勢モータ46の起動させるタイミングが定まるため、加勢モータ46の起動制御を容易とすることができる。
 加勢モータ46の最大消費電力量としては、例えばタービン発電機20の最大発電電力量が1400KWに対し最大船内要求電力量が700KWとした場合、この差分である700KWとすることができる。また、最大消費電力量がより小さい加勢モータ46を用いるか、設定電力量を最大消費電力量よりも小さく設定することによって、加勢モータ46の最大消費電力量を更に抑えることも可能である。
 そして、これ以上定格負荷が上昇すると、余剰電力量が加勢モータ46の最大消費電力量を超える、すなわち、発電電力量が合計電力量を超える。この場合、弁開度制御装置50によってガスタービン制御弁28の弁開度が閉じる方向へ制御されるので、ガスタービン14への排ガスの抽気量が減少され、定格負荷がさらに上昇(時間t3の定格負荷85%から定格負荷100%まで)してもタービン発電機20の発電電力量と合計電力量とが等しくなる。
 一方、時間t4以降のように定格負荷が100%で船内要求電力量が減少すると、加勢モータ46の最大消費電力量が一定であるため、発電電力量と合計電力量とを等しくするために、さらにガスタービン制御弁28の弁開度が閉じる方向に制御されて発電電力量が減少する。
 このように、発電電力量が合計電力量を超えた場合に、ガスタービン14への排ガスの抽気量が減少されることにより、船舶機器44及び加勢モータ46にも用いられない余剰な発電電力の発生を防止でき、メインエンジン12の排ガスがより多くメインエンジン12に設けられた過給機22へ送気されるので、メインエンジン12の燃費を向上させることができる。
 また、船内要求電力量が小さい船舶1に対して、加勢モータ46として、最大消費電力量の小さいモータを用いることで、加勢モータ46で利用される余剰電力をより小さくできる。
 また、本実施形態に係る制御は、船舶1で消費される合計電力量と発電電力量とを比較し、ガスタービン14への排ガスの抽気量を制御するので、簡易な制御である。
 さらに、本実施形態では加勢モータ46の消費電力量と船舶機器44の要求電力量との合計をタービン発電機20の発電電力量と等しくすることによって、発電電力量に余剰を発生させないので、船舶1のエネルギー効率をより高めることができる。
 以上説明したように、本第1実施形態に係る船舶推進装置10は、タービン発電機20による発電電力量と船舶機器44の要求電力量との差分である余剰電力量によって加勢モータ46を駆動し、加勢モータ46の消費電力量と船舶機器44の要求電力量との合計を発電電力量が超える場合に、ガスタービン14への排ガスの抽気量を減少させる。
 従って、本実施形態に係る船舶推進装置10は、簡易な制御によって船舶1のエネルギー効率をより高めることができる。
 以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
 1  船舶
 10  船舶推進装置
 12  メインエンジン
 14  ガスタービン
 18  蒸気タービン
 20  タービン発電機
 22  過給機
 29  推進用プロペラ
 44  船舶機器
 46  加勢モータ
 

Claims (4)

  1.  過給機が設けられ、船舶の推進用プロペラを駆動させるメインエンジンと、
     前記メインエンジンの排ガスによって駆動されるガスタービンと、
     前記ガスタービンによって駆動されるタービン発電機と、
     前記船舶の推進を加勢する加勢モータと、
    を備える船舶推進装置であって、
     前記タービン発電機による発電電力量と前記船舶機器の要求電力量との差分である余剰電力量によって前記加勢モータを駆動し、前記加勢モータの消費電力量が予め設定した電力量に達し、かつ該消費電力量と前記要求電力量との合計を前記発電電力量が超える場合に、前記ガスタービンへの排ガスの抽気量を減少させる船舶推進装置。
  2.  前記加勢モータの消費電力量と前記要求電力量との合計を前記発電電力量が超える場合に、前記合計と前記発電電力量とが等しくなるように、前記ガスタービンへの排ガスの抽気量を減少させる請求項1記載の船舶推進装置。
  3.  請求項1又は請求項2に記載の船舶推進装置を備える船舶。
  4.  メインエンジンの駆動によって推進用プロペラを駆動させる工程と、
     前記メインエンジンの排ガスによってガスタービンを駆動し発電を行う工程と、
     船舶の推進を加勢する工程と、
    からなる船舶推進方法であって、
     発電電力量と船内要求電力量との差分である余剰電力量によって前記船舶の推進を加勢し、加勢による消費電力量が予め設定した電力量に達し、かつ該消費電力量と前記船内要求電力量との合計を前記発電電力量が超える場合に、前記ガスタービンへの排ガスの抽気量を減少させる船舶推進方法。
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