JP6175281B2 - Ship propulsion boosting system - Google Patents
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Description
本発明は軸駆動発電機を利用した船舶推進加勢システムに関する。 The present invention relates to a ship propulsion boosting system that uses an axial drive generator.
船舶を推進する推進プロペラは、ディーゼルエンジンなどで構成された主機が連結されており、通常時は、この主機の駆動により船舶が推進されるようになっている。また推進プロペラに連結する主機軸には、軸駆動発電機が連結されており、この軸駆動発電機は、通常時に主機軸の駆動により発電し、発電した電力をコンバータとインバータを有する電力変換装置で周波数変換、電圧変換して船内母線に電力を供給できるようになっている。 A propeller for propulsion of a ship is connected to a main engine composed of a diesel engine or the like, and in normal times, the ship is propelled by driving the main engine. In addition, a shaft drive generator is connected to the main shaft connected to the propeller, and this shaft drive generator generates power by driving the main shaft during normal operation, and the power conversion device includes a converter and an inverter for the generated power. The power can be supplied to the inboard bus by frequency conversion and voltage conversion.
また、船内母線を介して供給される電力をこの電力変換装置で周波数変換し、この電力により軸駆動発電機を同期電動機として運転することで主機軸を駆動して、非常時航走や主機の推進加勢に用いている。すなわち軸駆動発電機は発電機および電動機の両用で使用されている。 In addition, the power supplied via the inboard bus is frequency converted by this power converter, and the main drive shaft is driven by operating the shaft-driven generator as a synchronous motor. Used for propulsion. That is, the shaft drive generator is used for both a generator and an electric motor.
軸駆動発電機4の運転には発電機として使用する「発電モード」と、電動機として使用する「非常航走モード」と「推進加勢モード」の2つの運転モードがある。従来の「推進加勢モード」について図3により説明する。
The operation of the
主機1は船舶の推進源であり、主機軸1aに連結したステップアップギア2を介して推進プロペラ3を減速駆動し船舶を推進させる。同時に「発電モード」として、ステップアップギア2を介して軸駆動発電機4を増速駆動する。この軸駆動発電機4で発生した電力は、周波数を変換する機能を備える電力変換装置5により、船内母線6を通して船内に所望の電力を供給する。
The
軸駆動発電機4を推進電動機として使用する場合は、船内母線6から電力を電力変換装置5に供給し、供給した電力を電力変換装置5で軸駆動発電機4の回転数に見合った周波数に変換した後、軸駆動発電機4に電力を供給し、電動機としてステップアップギア2を介して推進プロペラ3を減速駆動する。この場合「非常航走モード」と「推進加勢モード」の2つの運転モードがある。
When the
「非常航走モード」は、主機1が故障等により停止したときに、船舶の漂流を防ぐために軸駆動発電機4を電動機として運転するモードであり、主機1の運転が完全に停止した状態から軸駆動発電機4を電動機として駆動し、船舶の推進を電動機の駆動力のみによって行う。
The “emergency cruise mode” is a mode in which the
「推進加勢モード」は、主機1が駆動している状態で、さらに推進力を得たい場合や、船内の電力に余剰があるときに主機1の駆動力を減らし、この余剰電力を使って軸駆動発電機4を電動機として運転するモードであり、船舶の推進は主機1と電動機として運転する軸駆動発電機4の駆動力によって行われる。
“Propulsion support mode” is a state in which the
このような軸駆動発電機を電動機として使用する場合、「非常航走モード」では、主機1が停止した状態から所望の回転数まで回転を上げるために、電力変換装置5によって周波数を変えながら電動機を運転する必要がある。
When such a shaft drive generator is used as an electric motor, in the “emergency cruise mode”, the
一方の「推進加勢モード」では、主機1の回転数の変化に応じて、電力変換装置5によって周波数を常に変えながら電動機を運転する必要がある。
On the other hand, in the “propulsion boost mode”, it is necessary to operate the motor while constantly changing the frequency by the
このように「非常航走モード」と「推進加勢モード」の双方の運転モードも周波数を制御する必要があるので電力変換装置5が必要である。しかしながらこの電力変換装置5を介すると周波数を変換するときに10%程度の電力の損失が生じるので、その結果、電力変換効率が悪くなるという問題が生じる。この電力損失は勿論「発電モード」でも生じる。
Thus, since it is necessary to control the frequency in both the “emergency traveling mode” and the “propulsion boost mode”, the
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので推進加勢モードにおいて、ある一定の条件を満たした場合に、電力変換装置5を使用することなく、電力効率の優れた船舶推進加勢システムを提供することにある。
The present invention has been made to solve such a problem, and in the propulsion boost mode, when a certain condition is satisfied, the vessel propulsion having excellent power efficiency can be achieved without using the
本発明は、推進プロペラを駆動する主機が駆動している状態で、軸駆動発電機を利用した船舶推進加勢システムに関し、推進プロペラを駆動する主機と、前記主機によって駆動され周波数及び電圧を制御する電力変換装置を介して船内母線に電力供給する軸駆動発電機を具備し、前記主機を推進加勢する場合に、前記軸駆動発電機を前記船内母線から電力供給を受け推進電動機として駆動し前記主機を推進加勢するよう構成される船舶推進加勢システムにおいて、前記船内母線から前記電力変換装置を介さずに直接的に前記軸駆動発電機に電力を供給可能とする切替装置を備え、前記主機に対し推進加勢が必要となり、推進加勢モードにおいて、前記軸駆動発電機の出力周波数および電圧が前記船内母線の周波数および電圧と一致したときに、前記切替装置により前記軸駆動発電機を前記船内母線に同期投入し、前記船内母線の電力によって前記軸駆動発電機を直接的に推進電動機として駆動することによって前記主機を推進加勢することを特徴とするものである。 The present invention relates to a ship propulsion boosting system that uses an axial drive generator in a state where a main machine that drives a propeller is driven, and controls the frequency and voltage that are driven by the main machine and that are driven by the main machine. A shaft drive generator that supplies power to the inboard bus via a power converter, and when the main engine is propelled and energized, the shaft drive generator is supplied with power from the inboard bus and driven as a propulsion motor. In the ship propulsion and energization system configured to propulsion and energize, a switching device that enables power to be directly supplied from the inboard bus line to the shaft-driven generator without going through the power converter, Promotion Kase is required, the propulsion Kase mode, when the output frequency and voltage of the shaft driving the generator coincides with the frequency and voltage of the onboard bus The shaft drive generator is synchronously charged to the inboard bus by the switching device, and the main engine is propelled and energized by driving the shaft drive generator directly as a propulsion motor by electric power of the inboard bus. To do.
さらに、周波数および電圧の条件が揃った時に前記切替装置の切替操作を自動化することにある。 Furthermore, it is to automate the switching operation of the switching device when the frequency and voltage conditions are met.
さらに、推進プロペラを可変ピッチプロペラ(CPP:Controllable Pitch Propeller)とし、前記主機の回転数が一定で、前記軸駆動発電機の出力周波数および電圧が船内母線の周波数および電圧となったときに、前記切替手段により軸駆動発電機に船内母船の電力を同期投入し、直接電動機として駆動することにある。 Furthermore, when the propulsion propeller is a variable pitch propeller (CPP), the main engine has a constant rotation speed, and the output frequency and voltage of the shaft-driven generator become the frequency and voltage of the inboard bus. The switching means synchronously inputs the power of the inboard mother ship to the shaft drive generator and directly drives it as an electric motor.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図3で説明した部分と同一の符号の部分は同様のものを示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Parts having the same reference numerals as those described in FIG.
(実施形態1)
図1に示すように本実施形態において、主機1は例えばディーゼルエンジンであり、船舶を推進する推進プロペラ3を駆動する。主機1と推進プロペラ3間にステップアップギア2が配置されて、主機軸1aの回転数を減速して推進プロペラ3に伝達する。さらにこのステップアップギア2に軸駆動発電機4が連結され主機軸1aの回転に同期して増速回転される。この軸駆動発電機4に電圧や周波数を変換する電力変換装置5が接続される。さらにこの軸駆動発電機5は船内母線6に接続される。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the
軸駆動発電機4、電力変換装置5および船内母線6間の各接続回路に切替装置となる開閉器7,8,9が挿入される。
電力変換装置5を介して軸駆動発電機4の電力が船内母線6に供給され、または船内母線6の電力で電力変換装置5を介して軸駆動発電機4を電動機として駆動できるようになっている。船内母線6には船内負荷12とディーゼル発電機11が接続されている。また図示しないが電力変換装置の船内母線側に同期調相機が接続されている。
The electric power of the
電力変換装置5は交流電力を一旦直流に変換するコンバータと変換された直流を所要の周波数の交流に変換し同時に電圧を制御するインバータを備え例えばサイリスタで構成されている。
The
本実施形態は軸駆動発電機4を電動機として、推進プロペラ3を駆動する推進加勢モードに適用する船舶推進加勢システムに係わり、電流経路を切替える切替装置として開閉器7,8,9と軸駆動発電機の回転を検知し船内母線の周波数を対比して開閉器を制御する制御装置10が設けられる。
The present embodiment relates to a ship propulsion energizing system applied to the propulsion energizing mode for driving the propulsion propeller 3 using the shaft-driven
第1の開閉器7は船内母線6と軸駆動発電機4の間に電力変換装置5をバイパスして取り付け、さらに電力変換装置5の両端にそれぞれ第2の開閉器8と第3の開閉器9を設ける。開閉器7,8,9は、例えば電磁接触器で構成される電気回路の通電を断続する装置である。
The
「発電モード」では軸駆動発電機4は主機軸1aの回転に同期して駆動されるために発電される電力の周波数が主機軸の回転に応じて変動する。
In the “power generation mode”, the shaft-driven
一方、船内母線6はディーゼル発電機11を備えており、一定の例えば60Hzの交流を船内負荷12に供給している。
On the other hand, the
電力変換装置5は軸駆動発電機4の周波数の電力と船内母線6の一定の周波数の電力を変換調整することによって相互給電を可能にしており、「発電モード」では軸駆動発電電力を船内母線6に、「非常航走モード」および「推進加勢モード」では船内母線6の電力を軸駆動発電機4に給電して電動機として動作させ、ステップアップギア2を介して推進プロペラ3を付勢する。
The
前記開閉器7,8,9は「発電モード」および「非常時航走モード」では第2開閉機8、第3開閉器9が閉、第1開閉器7が開の状態になっている。
In the “power generation mode” and the “emergency traveling mode”, the second switch 8 and the third switch 9 are closed and the
開閉器7,8,9の切替は「推進加勢モード」において選択的に動作させるものである。すなわち通常、第2、第3開閉器8および9が閉になっていて電力変換器5を動作させるが、軸駆動発電機4の回転数が60Hz相当であるときに限り、すなわち船内母線6と軸駆動発電機4の周波数、電圧が一致した時に第2、第3開閉器8および9を開いて電力変換装置5を通る回路を遮断する、と同時に第1開閉器7を閉じて同期投入し電気回路を通電することによって、船内母線6からの電力を開閉器7を介して直接、軸駆動発電機4に供給し、変換効率の低い電力変換装置5を回避して推進電動機として主機1を加勢する。これにより電力効率に優れた船舶推進加勢システムを得ることができる。
Switching of the
なお、この時、船舶は外洋等をほぼ一定速度で航行している状況で、主機1は回転数を変えず、一定回転数を維持している状態である。軸駆動発電機4を電動機として駆動する60Hzで、主機の回転数と同期させる。
At this time, the ship is navigating the open ocean at a substantially constant speed, and the
また、開閉器の操作は自動切替にすることが望ましい。制御装置10は船内母線6と軸駆動発電機4の電圧と周波数の条件が揃った時を検知し、すなわち軸駆動発電機4を推進電動機として「推進加勢モード」で運転できる条件が揃った時に、開閉器7と開関器8および9の開閉動作を自動で切替え、同期投入し「推進加勢モード」にすることで、さらにタイムリーに電力変換効率に優れた期間を長く継続できる船舶推進加勢システムを得ることができる。
In addition, it is desirable to automatically switch the operation of the switch. The
(実施形態2)
図2で実施形態2を説明する。図において、実施形態1との相違点は推進プロペラ3を可変ピッチプロペラ3aに置き換えたことである。可変ピッチプロペラ(CPP:Controllable Pitch Propeller)は、プロペラの翼のピッチ角を変えることができるので、常に主機1を最も効率のよい回転数で回転させたまま船舶の速度を自在に調整することができる利点があり、近年広く使われるようになっている技術である。本実施形態は、この可変ピッチプロペラ3aを用いることによって、主機1は一定回転数のまま、船内母線6と軸駆動発電機4の周波数、電圧を一致させて、船舶の速度の所定の変動幅を可変ピッチプロペラで対応させ、船舶の速度によらず長い期間一致させるようにする。この状態で制御装置10により第1開閉器7を閉路、第2、第3開閉器8および9を開にして軸駆動発電機4に船内母線6の電力を同期投入し直接電動機として駆動する。これにより、電力損失が生じる電力変換装置5を回避して電力変換効率に優れた期間をより長く継続できる船舶推進加勢システムを得ることができる。
(Embodiment 2)
A second embodiment will be described with reference to FIG. In the figure, the difference from the first embodiment is that the propulsion propeller 3 is replaced with a
また、最も効率のよい主機の回転数を軸駆動発電機4の回転数60Hzに設定することで、さらに燃費が良く電力変換効率に優れた船舶推進加勢システムを得ることができる。
In addition, by setting the most efficient rotation speed of the main engine to the rotation speed 60 Hz of the
以上に述べたように本発明の船舶推進加勢システムによれば、船内母線から電力変換装置を介さずに直接電力を供給する切替手段を備え、この切替手段により軸駆動発電機を電動機として駆動することによって、効率に優れた船舶推進加勢システムを得ることができる。 As described above, according to the ship propulsion and energization system of the present invention, it is provided with switching means for supplying power directly from the inboard bus without going through the power converter, and the shaft drive generator is driven as an electric motor by this switching means. As a result, it is possible to obtain a ship propulsion boosting system that is excellent in efficiency.
なお本発明上記実施形態により説明したが、これらに限られるものではなく発明の範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。 Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to these and various modifications can be made within the scope of the invention.
1:主機
2:ステップアップギア
3:推進プロペラ
3a:可変ピッチプロペラ
4:軸駆動発電機
5:電力変換装置
6:船内母線
7:第1開閉器
8:第2開閉器
9:第3開閉器
10:制御装置
1: main engine 2: step-up gear 3:
Claims (4)
前記主機を推進加勢する場合に、前記軸駆動発電機を前記船内母線から電力供給を受け推進電動機として駆動し前記主機を推進加勢するよう構成される船舶推進加勢システムにおいて、前記船内母線から前記電力変換装置を介さずに直接的に前記軸駆動発電機に電力を供給可能とする切替装置を備え、
前記主機に対し推進加勢が必要となり、推進加勢モードにおいて、前記軸駆動発電機の出力周波数および電圧が前記船内母線の周波数および電圧と一致したときに、前記切替装置により前記軸駆動発電機を前記船内母線に同期投入し、前記船内母線の電力によって前記軸駆動発電機を直接的に推進電動機として駆動することによって前記主機を推進加勢することを特徴とする船舶推進加勢システム。 In relation to a ship propulsion boosting system using an axial drive generator in a state where a main machine that drives a propeller is driven, a main machine that drives the propeller, and a power converter that is driven by the main machine and controls a frequency and a voltage. A shaft-driven generator that supplies power to the inboard bus via
In the vessel propulsion and energization system configured to propel and energize the main unit by receiving electric power supplied from the inboard bus and driving the propulsion motor when propulsion and energizing the main unit, the power from the inboard bus A switching device that enables power to be supplied directly to the shaft-driven generator without going through a converter,
When the propulsion boost is required for the main engine, and the output frequency and voltage of the shaft drive generator coincide with the frequency and voltage of the inboard bus in the propulsion boost mode, the shaft drive generator is A ship propulsion and energization system, wherein the main engine is propelled and energized by being synchronously inserted into an inboard bus and driving the shaft-driven generator directly as a propulsion motor with electric power of the inboard bus.
The ship propulsion and boosting system according to any one of claims 1 to 3, wherein the switching device includes the shaft-driven generator and the inboard bus, the shaft-driven generator and the power converter, and the power converter and A ship propulsion boosting system comprising a switch inserted between inboard busbars.
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