JP5055243B2 - 可変ピッチプロペラ船の推進制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変ピッチプロペラを装備した可変ピッチプロペラ船の推進制御装置に関するものである。

例えば、特許文献１に開示された可変ピッチプロペラ（Controllable Pitch Propeller：CPP）を装備した船舶では、プロペラ本体に対して回動可能に取り付けられた複数枚のプロペラ羽根の翼角（ピッチ角）を、変節油ポンプから供給された作動油の圧力で作動する変節装置を用いて一度に変えることにより、所望の船速が得られるようになっている。
特開昭６０−７６４９９号公報

一方、水中で回転するプロペラ羽根にはそれぞれ、流体力（以下、「スピンドルトルク」という。）が作用している。
しかしながら、このスピンドルトルクが増大すると、それに伴って変節装置に供給される作動油の圧力も増大し、その圧力が、変節油ポンプで作り出すことのできる圧力を超えてしまった場合には、プロペラ羽根の翼角を変えることができないといった問題点がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、プロペラ羽根の翼角を必要に応じていつでも自由に変更することができる可変ピッチプロペラ船の推進制御装置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。
本発明の第１の態様に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置は、可変ピッチプロペラを装備した可変ピッチプロペラ船の推進制御装置であって、主機の回転数を検出する回転計からの回転数信号と、前記可変ピッチプロペラの翼角を変更するのに用いられる作動油の圧力を検出する圧力計からの圧力信号とが入力され、前記圧力計で検出された前記作動油の圧力が閾値を超えた場合には、前記可変ピッチプロペラの翼角を必要に応じて変更することができるように、前記主機の回転数を、その時の回転数よりも減少させる制御器を備えている。

本発明の第１の態様に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置によれば、制御器には、主機の回転数を検出する回転計からの回転数信号と、可変ピッチプロペラの翼角を変更するのに用いられる作動油の圧力（あるいは変節油ポンプから送出された作動油の圧力やバルブユニットに供給された作動油の圧力等）を検出する圧力計からの圧力信号とが入力されるようになっている。そして、圧力計で検出された作動油の圧力が閾値（例えば、変節油ポンプやバルブユニット等の最高使用圧力の９０％に相当する圧力）を超えた（に達した）場合には、制御器が主機の遠隔操縦装置に回転数信号（制御信号）を出力し、主機の回転数がその時の回転数よりも、例えば、５％減少させられるようになっている。

そして、主機が、その時の回転数Ｎ１よりも低い回転数Ｎ２（例えば、Ｎ１×０．９５）で運転されることにより、例えば、図２（ａ）中に太い実線で示す等スピンドルトルク線は、図２（ｂ）中に太い実線で示す等スピンドルトルク線の位置まで下がり、プロペラ羽根に作用するスピンドルトルクが減少し、それに伴って可変ピッチプロペラの翼角を変更するのに用いられる作動油の圧力が減少することとなる。

これにより、可変ピッチプロペラの翼角を変更するのに用いられる作動油の圧力は、常に閾値以下に保たれることとなるので、プロペラ羽根の翼角を必要に応じていつでも自由に変更することができる。

本発明の第２の態様に係る船舶は、第１の態様に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置を具備している。

本発明の第２の態様に係る船舶によれば、変節装置に供給される作動油の圧力は、常に閾値以下に保たれ、プロペラ羽根の翼角を必要に応じていつでも自由に変更することができるので、速力の増減速を速やかに行うことができ、船舶をより安全に運航することができる。

本発明の第３の態様に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御方法は、可変ピッチプロペラを装備した可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、前記可変ピッチプロペラの翼角を変更するのに用いられる作動油の圧力が閾値を超えた場合には、前記可変ピッチプロペラの翼角を必要に応じて変更することができるように、前記主機の回転数を、その時の回転数よりも減少させる。

本発明の第３の態様に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置によれば、圧力計で検出された作動油の圧力が閾値（例えば、変節油ポンプやバルブユニット等の最高使用圧力の９０％に相当する圧力）を超えた（に達した）場合には、主機の遠隔操縦装置を操作して、主機の遠隔操縦装置に回転数信号（制御信号）を入力し、主機の回転数をその時の回転数よりも、例えば、５％減少させるようにしている。

本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置によれば、プロペラ羽根の翼角を必要に応じていつでも自由に変更することができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の第１実施形態を、図１を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の概略全体構成図である。
図１に示すように、本実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の制御装置１は、可変ピッチプロペラ２と、制御器３とを主たる要素として構成されたものである。

可変ピッチプロペラ２は、プロペラ軸４と、プロペラ本体５と、変節装置６とを備えている。
プロペラ軸４は、中間軸等を介してメインエンジンと呼ばれる主機Ｅに接続されており、その内部には、プロペラ本体５を構成するプロペラボス１２の内部に形成されたアヘッド（AHEAD）シリンダ室７と連通する第１の油路８、およびプロペラボス１２の内部に形成されたアスターン（ASTERN）シリンダ室９と連通する第２の油路１０が設けられている。
本実施形態では、第１の油路８は、第２の油路１０の半径方向外側に設けられており、この第１の油路８により、変節装置６を構成するバルブユニット１１からアヘッドシリンダ室７に作動油（変節油）が供給され、あるいはアヘッドシリンダ室７からバルブユニット１１に作動油が戻されるようになっている。また、第２の油路１０は、第１の油路８の半径方向内側に設けられており、この第２の油路１０により、バルブユニット１１からアスターンシリンダ室９に作動油が供給され、あるいはアスターンシリンダ室９からバルブユニット１１に作動油が戻されるようになっている。

プロペラ本体５は、プロペラボス１２と、このプロペラボス１２に対して回動可能に取り付けられた複数枚のプロペラ羽根１３と、プロペラボス１２内に収容されたクロスヘッドピストン１４とを備えている。
プロペラボス１２は、プロペラ軸４の後端面に取り付けられており、プロペラ軸４とともに回転するようになっている。

クロスヘッドピストン１４は、バルブユニット１１から第１の油路８を介してアヘッドシリンダ室７に作動油が供給され、アスターンシリンダ室９から第２の油路１０を介してバルブユニット１１に作動油が戻されることにより、プロペラ軸４と反対側（図１において左側）に移動し、またはバルブユニット１１から第２の油路１０を介してアスターンシリンダ室９に作動油が供給され、アヘッドシリンダ室７から第１の油路８を介してバルブユニット１１に作動油が戻されることにより、プロペラ軸４の側（図１において右側）に移動するようになっている。そして、クロスヘッドピストン１４がプロペラ軸４と反対側またはプロペラ軸４の側に移動することにより、複数枚のプロペラ羽根１３が一度に同じ方向に回動し、プロペラ羽根１３の翼角が変えられるようになっている。

変節装置６は、バルブユニット１１と、給油軸（図示せず）と、コントロールロッド１５と、変節油ポンプ１６と、変節油サンプタンク（重力タンク）１７とを備えている。
バルブユニット１１は、変節油ポンプ１６から供給された作動油を、制御器３から送られてきた翼角信号（制御信号）に基づいて変節油ポンプ１６から第１の油路８へのバルブ（図示せず）を開状態にし、第２の油路１０から変節油サンプタンク１７へのバルブ（図示せず）を開状態にするとともに、変節油ポンプ１６から第２の油路１０へのバルブ（図示せず）を閉状態にし、第１の油路８から変節油サンプタンク１７へのバルブ（図示せず）を閉状態にするものである。また、バルブユニット１１は、変節油ポンプ１６から供給された作動油を、制御器３から送られてきた翼角信号（制御信号）に基づいて変節油ポンプ１６から第２の油路１０へのバルブを開状態にし、第１の油路８から変節油サンプタンク１７へのバルブを開状態にするとともに、変節油ポンプ１６から第１の油路８へのバルブを閉状態にし、第２の油路１０から変節油サンプタンク１７へのバルブを閉状態にするものである。

給油軸は、中間軸の一種で、プロペラ軸４と主機Ｅとの間に接続されており、その内部には、バルブユニット１１から供給された作動油を第１の油路８または第２の油路１０に導き、第１の油路８または第２の油路１０を介して戻された作動油をバルブユニット１１に導くための穴（図示せず）が穿設されている。
コントロールロッド１６は、給油軸の内部に挿入されており、制御器３から送られてきた翼角信号（制御信号）に基づいて、バルブユニット１１から供給された作動油を第１の油路８または第２の油路１０へ分配給油するものである。

変節油ポンプ１６は、変節油サンプタンク１７から供給された作動油を所定の圧力まで昇圧して、昇圧された作動油をバルブユニット１１に向けて送出するものである。
変節油サンプタンク１７は、アヘッドシリンダ室７またはアスターンシリンダ室９からバルブユニット１１を介して戻された作動油を貯めておくためのものである。

制御器３には、主機Ｅの回転数やプロペラ軸４の回転数等を検出する回転計１８からの回転数信号と、第１の油路８内および／または第２の油路１０内に供給された作動油の圧力（あるいは変節油ポンプ１６から送出された作動油の圧力やバルブユニット１１に供給された作動油の圧力等）を検出する圧力計１９からの圧力信号とが入力されるようになっている。そして、圧力計１９で検出された作動油の圧力が閾値（例えば、変節油ポンプ１６やバルブユニット１１等の最高使用圧力の９０％以上に相当する圧力）を超えた（に達した）場合には、制御器３が主機Ｅの遠隔操縦装置２０に回転数信号（制御信号）を出力し、主機Ｅの回転数がその時の回転数よりも、５％〜Ｎｍｉｎ／Ｎｍａｘ％（Ｎｍｉｎ：最低回転数、Ｎｍａｘ：最大回転数、通常Ｎｍｉｎ／Ｎｍａｘ≒２０％）減少させられるようになっている。
ここで、主機Ｅの回転数減は、少なくとも１０％以上のスピンドルトルク低減のために下限値を５％とし、上限値はその船舶が通常下げられる最低回転数まで減じることができる値で決められる。

そして、主機Ｅが、その時の回転数Ｎ１よりも低い回転数Ｎ２（例えば、Ｎ１×０．９５）で運転されることにより、例えば、図２（ａ）中に太い実線で示す等スピンドルトルク線は、図２（ｂ）中に太い実線で示す等スピンドルトルク線の位置まで下がり、プロペラ羽根１３に作用するスピンドルトルクが減少し、それに伴って変節装置に供給される作動油の圧力が減少することとなる。
なお、図２（ａ）および図２（ｂ）中に太い実線で示す等スピンドルトルク線よりも下方に位置する領域は、変節装置に供給される作動油の圧力が、変節油ポンプで作り出すことのできる圧力を超えてしまい、プロペラ羽根の翼角を変えることができない領域を示している。

本実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置１によれば、変節装置に供給される作動油の圧力は、常に閾値以下に保たれることとなるので、プロペラ羽根の翼角を必要に応じていつでも自由に変更することができる。

本発明の第１参考実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置について説明する。
本実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置は、第１の油路８内および／または第２の油路１０内に供給された作動油の圧力（あるいは変節油ポンプ１６から送出された作動油の圧力やバルブユニット１１に供給された作動油の圧力等）を検出する圧力計１９から出力された圧力信号の代わりに、図示しない船橋（BRIDGE）に配置されたＧＰＳ（Global Positioning System）やログ（船速距離計）等からの船速信号が制御器３に入力されるようになっているとともに、船速、回転数（主機Ｅの回転数やプロペラ軸４の回転数等）、および翼角を変化させたときのスピンドルトルクがデータベースとして制御器３に保存（記憶）されているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

さて、本実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置は、図３に示すフローチャートに従って動作する。
まず、船橋で当直（WATCH）にあたる航海士によって船速（図３においては速力）が指示され、その船速を得るために最適な主機Ｅの回転数が仮設定される。
つぎに、仮設定された主機Ｅの回転数で、航海士によって指示された船速を得るために最適な翼角が制御器３によって計算され、これら船速、回転数、および翼角に対応するスピンドルトルクを、予め制御器３に保存された船速、回転数、および翼角を変化させたときのスピンドルトルクのデータと比較して、現在の船速、回転数、および翼角に対応するスピンドルトルクが適切なもの、すなわち、変節装置に供給される作動油の圧力が、閾値（例えば、変節油ポンプ１６やバルブユニット１１等の最高使用圧力の９０％に相当する圧力）以下である場合には、現在の船速、回転数、および翼角で運航される。

一方、現在の船速、回転数、および翼角に対応するスピンドルトルクが不適切なもの、すなわち、変節装置に供給される作動油の圧力が、閾値（例えば、変節油ポンプ１６やバルブユニット１１等の最高使用圧力の９０％に相当する圧力）を超える場合には、制御器３が主機Ｅの遠隔操縦装置２０に回転数信号（制御信号）を出力し、主機Ｅの回転数がその時の回転数よりも、例えば、５％減少させられ、主機Ｅの回転数が再度仮設定される。

そして、再度仮設定された主機Ｅの回転数で、航海士によって指示された船速を得るために最適な翼角が制御器３によって再度計算され、これら船速、回転数、および翼角に対応するスピンドルトルクを、予め制御器３に保存された船速、回転数、および翼角を変化させたときのスピンドルトルクのデータと比較して、現在の船速、回転数、および翼角に対応するスピンドルトルクが適切なもの、すなわち、変節装置に供給される作動油の圧力が、閾値（例えば、変節油ポンプ１６やバルブユニット１１等の最高使用圧力の９０％に相当する圧力）以下である場合には、現在の船速、回転数、および翼角で運航される。

一方、現在の船速、回転数、および翼角に対応するスピンドルトルクが不適切なもの、すなわち、変節装置に供給される作動油の圧力が、閾値（例えば、変節油ポンプ１６やバルブユニット１１等の最高使用圧力の９０％に相当する圧力）を超える場合には、制御器３が主機Ｅの遠隔操縦装置２０に回転数信号（制御信号）を出力し、主機Ｅの回転数がその時の回転数よりも、例えば、５％減少させられ、主機Ｅの回転数が再度仮設定される。
以下、同じ手順が繰り返されて、回転数および翼角が決定されることになる。

本実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置によれば、変節装置に供給される作動油の圧力は、常に閾値以下に保たれることとなるので、プロペラ羽根の翼角を必要に応じていつでも自由に変更することができる。

本発明の第２参考実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置について説明する。
本実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置は、図示しない船橋に配置されたＧＰＳやログ（船速距離計）からの船速信号が制御器３に入力されるようになっているとともに、プロペラ羽根１３の翼角、当該可変ピッチプロペラ船の喫水（DRAFT）、積載量等がモニター（監視）され、それらの情報（データ）が制御器３に入力されてデータベースとして制御器３に逐次保存（記憶）されるという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

本実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置によれば、スピンドルトルクが増大し、それに伴って変節装置に供給される作動油の圧力も増大して、その圧力が、変節油ポンプで作り出すことのできる圧力を超えてしまい、プロペラ羽根の翼角を変えることができなってしまったときの情報（データ）、すなわち、その時の船速、回転数、翼角、喫水、積載量等を制御器３に保存しておき、再び同じ状況が起きた場合には、制御器３が主機Ｅの遠隔操縦装置２０に回転数信号（制御信号）を出力し、主機Ｅの回転数がその時の回転数よりも、例えば、５％減少させられるようになっている。
これにより、変節装置に供給される作動油の圧力は、常に閾値以下に保たれることとなるので、プロペラ羽根の翼角を必要に応じていつでも自由に変更することができる。

また、上述した実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置を装備した船舶（すなわち、可変ピッチプロペラ船）によれば、変節装置に供給される作動油の圧力は、常に閾値以下に保たれ、プロペラ羽根の翼角を必要に応じていつでも自由に変更することができるので、速力の増減速を速やかに行うことができ、船舶をより安全に運航することができる。

本発明の第１実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の概略全体構成図である。 スピンドルトルク、翼角、および船速との関係を示すグラフであって、（ａ）は主機の回転数がＮ１のとき、（ｂ）は主機の回転数がＮ２（例えば、Ｎ１×０．９５）のときのグラフである。 本発明の第１参考実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

１ 可変ピッチプロペラ船の推進制御装置
２ 可変ピッチプロペラ
３ 制御器
１８ 回転計
１９ 圧力計
Ｅ 主機

Claims (3)

1. 可変ピッチプロペラを装備した可変ピッチプロペラ船の推進制御装置であって、
   主機の回転数を検出する回転計からの回転数信号と、前記可変ピッチプロペラの翼角を変更するのに用いられる作動油の圧力を検出する圧力計からの圧力信号とが入力され、前記圧力計で検出された前記作動油の圧力が閾値を超えた場合には、前記可変ピッチプロペラの翼角を必要に応じて変更することができるように、前記主機の回転数を、その時の回転数よりも減少させる制御器を備えていることを特徴とする可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
2. 請求項１に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置を具備してなることを特徴とする船舶。
3. 可変ピッチプロペラを装備した可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、
   前記可変ピッチプロペラの翼角を変更するのに用いられる作動油の圧力が閾値を超えた場合には、前記可変ピッチプロペラの翼角を必要に応じて変更することができるように、前記主機の回転数を、その時の回転数よりも減少させることを特徴とする可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。

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