(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プロペラに動力を伝達する第一動力源を制御する第一主機制御装置と、
前記第一動力源よりも出力変化の時定数が小さく、第２プロペラに動力を伝達する第二動力源を制御する第二主機制御装置と、
を統合制御する制御装置であって、
前記第一主機制御装置は、外洋航行において、前記第二動力源の制御情報を目標値として前記第一動力源を制御する外洋航行モードを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記第二主機制御装置は、港湾航行において、前記第一動力源の制御情報を目標値として前記第二動力源を制御する港湾航行モードを備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
第一動力源を制御する第一主機制御装置と、
前記第一動力源よりも出力変化の時定数が小さい第二動力源を制御する第二主機制御装置と、
を統合制御する制御装置であって、
前記第一主機制御装置は、外洋航行において、前記第二動力源の制御情報を目標値として前記第一動力源を制御する外洋航行モードを備え、
前記第二主機制御装置は、港湾航行において、前記第一動力源の制御情報を目標値として前記第二動力源を制御する港湾航行モードを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
前記外洋航行モード及び前記港湾航行モードのモード切替を行うモード切替部を備えていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記第一動力源として蒸気タービンを、前記第二動力源として電気モーターを使用することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の制御装置を備えたことを特徴とする船舶。
【請求項７】
第一動力源を制御する第一主機制御ステップと、
前記第一動力源よりも出力変化の時定数が小さい第二動力源を制御する第二主機制御ステップと、
を有する統合制御方法であって、
前記第一主機制御ステップは、外洋航行において、前記第二動力源の制御情報を目標値として前記第一動力源を制御する外洋航行モード実行ステップを備え、
前記第二主機制御ステップは、港湾航行において、前記第一動力源の制御情報を目標値として前記第二動力源を制御する港湾航行モード実行ステップを備え、
前記外洋航行モード実行ステップ及び前記港湾航行モード実行ステップのモード切替を行うモード切替ステップを備えていることを特徴とする統合制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置及びこれを備えた船舶、並びに統合制御方法に関し、より具体的には異なる動力源による推進装置を複数有する制御装置及びこれを備えた船舶、並びに統合制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
推進軸を複数有する船舶、例えば推進軸を２軸有する蒸気タービン船において、推進装置は各軸で互いに独立している。ここで、２機２軸の蒸気タービンの独立する各軸の回転数を同期させる制御については、特許文献１に回転数の同期を自動で行う発明が開示されている。
また、各推進装置の動力源が異なる場合も考えられる。特許文献２には、異なる種類の動力源を組み合わせたハイブリッド推進システムに関する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３７３００号公報
【特許文献２】特開２０１２−８７７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された発明では、各推進装置が同一構成であることを前提としているため、異なる構成の推進装置に対して共通の制御信号を適用すると、機械特性および制御特性が異なるため、同期を図るのが困難であるという問題があった。
また、上記特許文献２に開示された発明では、回転速度の時定数が大きい動力源、すなわち制御指示に対する応答速度の速い動力源の時定数に合わせて時定数が小さい動力源、すなわち制御指示に対する応答速度の遅い動力源の回転速度を変動させるため、速度の変動が少なく制御の頻度が低い航行、例えば外洋航行を行う場合に、時定数が小さい動力源に対し必要の無い制御信号が頻繁に出力されてしまうという問題があった。
【０００５】
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、動力源の異なる複数の推進装置の主機制御装置を統合制御する制御装置及びこれを備えた船舶、並びに統合制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の制御装置及びこれを備えた船舶、並びに統合制御方法は以下の手段を採用する。
第１プロペラに動力を伝達する第一動力源を制御する第一主機制御装置と、前記第一動力源よりも出力変化の時定数が小さく、第２プロペラに動力を伝達する第二動力源を制御する第二主機制御装置と、を統合制御する制御装置であって、前記第一主機制御装置は、外洋航行において、前記第二動力源の制御情報を目標値として前記第一動力源を制御する外洋航行モードを備えることを特徴とする制御装置を採用する。
また、第一動力源を制御する第一主機制御装置と、前記第一動力源よりも出力変化の時定数が小さい第二動力源を制御する第二主機制御装置と、を統合制御する制御装置であって、前記第一主機制御装置は、外洋航行において、前記第二動力源の制御情報を目標値として前記第一動力源を制御する外洋航行モードを備えることを特徴とする制御装置を採用する。
【０００７】
本発明によれば、動力源の異なる複数の推進装置の主機制御装置を統合制御する制御装置が、外洋航行において出力変化の時定数の小さい動力源、すなわち制御指示に対する発生出力および変化の応答速度が遅い第二動力源の制御情報を目標値として、他方の動力源を制御する外洋航行モードを備える。外洋航行は、他の船舶の往来が少ない港湾以外の領域における航行であり概ね定格出力および定格船速で航行し、航行時の船速の増減の変動が少なく停船や舵を切るなどの操船の頻度が低い。この外洋航行において外洋航行モードを備えることで、出力指示はほとんど変動せず、指示に対して一定出力を供給し続けることができる第二動力源の第二推進軸の軸回転数を目標値として、応答性の緩やかな第一動力源の第一推進軸の軸回転数が制御され、両推進軸の軸回転数の同期が図れる。これにより、操船者が手動で同期を図る必要がないため負担を軽減でき、船舶の推進効率を向上することが可能となる。また、制御装置から各主機制御装置へと各動力源の運転を制御する信号が送信されるので、各動力源ごとに制御を行うことができる。さらに、第一動力源よりも出力変化の時定数が小さい第二動力源の制御情報を目標値とすることから、一方の動力源を目標値として時定数の小さい動力源を制御する場合と比較して、必要の無い制御信号の出力を抑えることができる。
【０００８】
上記発明において、前記第二主機制御装置は、港湾航行において、前記第一動力源の制御情報を目標値として前記第二動力源を制御する港湾航行モードを備えることとしてもよい。
【０００９】
本発明によれば、動力源の異なる複数の推進装置の主機制御装置を統合制御する制御装置が、港湾航行において第一動力源の制御情報を目標値とし、出力変化の時定数が小さい第二動力源を制御する港湾航行モードを備えることから、湾内など通航船舶数が多く、航行時の船速の増減や転舵などの操船の頻度が高くなる港湾航行において、指示回転数は頻繁に変化し、相対的に状況変化に対して緩やかに応答する第一動力源の第一推進軸の軸回転数を目標値として、応答性の高い第二動力源の第二推進軸の軸回転数が制御される。これにより両推進軸の軸回転数の同期が図れ、安定した操船を行うことができる。よって、操船者が手動で同期を図る必要がないため負担を軽減でき、船舶の推進効率を向上することが可能となる。また、制御頻度が高くてもすばやく応答し同期できることから、船舶が蛇行航行するのを防ぐことができる。
【００１０】
上記発明において、前記外洋航行モード及び前記港湾航行モードのモード切替を行うモード切替部を備えているとしてもよい。
【００１１】
本発明によれば、外洋航行モード及び港湾航行モードのモード切替を行うモード切替部を備えていることから、各々の航行の特徴に合わせたモードでの航行が可能である。よって、動力源の異なる複数の推進装置を備えていても、航行形態に応じた航行が可能となる。
【００１２】
上記発明において、前記第一動力源として蒸気タービンを、前記第二動力源として電気モーターを使用するとしてもよい。
【００１３】
本発明によれば、第一動力源として蒸気タービンを、第二動力源として電気モーターを使用するため、各々の動力源としての利点を生かし、環境への負荷の低減や、燃費の改善が可能である。
【００１４】
また、本発明に係る船舶は、上記のいずれかに記載の制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、異なる動力源を有する複数の推進装置の主機制御装置を備える場合であっても、両推進軸の軸回転数を同期させることができるため、操船者の負担の軽減を図ることができ、船舶の推進効率を向上することが可能となる。
【００１６】
本発明の制御装置及びこれを備えた船舶、並びに統合制御方法は、第一動力源を制御する第一主機制御ステップと、前記第一動力源よりも出力変化の時定数が小さい第二動力源を制御する第二主機制御ステップと、を有する統合制御方法であって、前記第一主機制御ステップは、外洋航行において、前記第二動力源の制御情報を目標値として前記第一動力源を制御する外洋航行モード実行ステップを備え、前記第二主機制御ステップは、港湾航行において、前記第一動力源の制御情報を目標値として前記第二動力源を制御する港湾航行モード実行ステップを備え、前記外洋航行モード実行ステップ及び前記港湾航行モード実行ステップのモード切替を行うモード切替ステップを備えていることを特徴とする統合制御方法を採用する。
【００１７】
本発明によれば、動力源の異なる複数の推進装置の主機制御装置を統合制御する制御装置が、外洋航行において出力変化の時定数の小さい動力源の制御情報を目標値として、他方の動力源を制御する外洋航行モードを備え、港湾航行において第一動力源の制御情報を目標値とし、出力変化の時定数が小さい第二動力源を制御する港湾航行モードを備え、外洋航行モードと港湾航行モードのモード切替を行うことから、航行時の船速の増減の変動が少なく船速制御の頻度が低い外洋航行において、出力指示はほとんど変動せず、指示に対して一定出力を供給し続けることができる第二動力源の第二推進軸の軸回転数を目標値として、応答性の緩やかな第一動力源の第一推進軸の軸回転数が制御され、両推進軸の軸回転数の同期が図れる。また、制御装置から各主機制御装置へと各動力源の運転を制御する信号が送信されるので、各動力源ごとに制御を行うことができる。さらに、一方の動力源を目標値として時定数の小さい動力源を制御する場合と比較して、必要の無い制御信号の出力を抑えることができる。
また、湾内など通航船舶数が多く、航行時の船速の増減や転舵などの操船の頻度が高くなる港湾航行において、指示回転数は頻繁に変化し、相対的に状況変化に対して緩やかに応答する第一動力源の第一推進軸の軸回転数を目標値として、応答性の高い第二動力源の第二推進軸の軸回転数が制御される。これにより両推進軸の軸回転数の同期が図れ、安定した操船を行うことができる。よって、操船者が手動で同期を図る必要がないため負担を軽減でき、船舶の推進効率を向上することが可能となる。また、制御頻度が高くてもすばやく応答し同期できることから、船舶が蛇行航行するのを防ぐことができる。
さらに、各々の航行の特徴に合わせたモードでの航行が可能であり、動力源の異なる複数の推進装置の主機制御装置を備えていても、航行形態に応じた航行が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、出力変化の時定数の小さい動力源に合わせて、他方の動力源の制御を行い同期させる外洋航行モードを備えるので、異なる動力源を有する複数の推進装置の主機制御装置を容易に統合制御することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置を備えた推進装置を示した概略構成図である。
【図２】船舶の外洋航行中における図１に示した制御装置の制御を示すブロック図である。
【図３】船舶の外洋航行中における図１に示した制御装置の制御による第一推進軸および第二推進軸の軸回転数の推移を示したグラフである。
【図４】１軸とした場合の出力と軸回転数の特性を示したグラフである。
【図５】船舶の港湾航行中における図１に示した制御装置の制御を示すブロック図である。
【図６】船舶の港湾航行中における図１に示した制御装置の制御による第一推進軸及び第二推進軸の軸回転数の推移を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る制御装置及びこれを備えた船舶、並びに統合制御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には、本実施形態に係る制御装置及びこれを備えた船舶、並びに統合制御方法の概略構成が示されている。
本実施形態に係る船舶は、２つ（右舷用、左舷用）の推進装置である第一推進装置１及び第二推進装置２と、１つの統合制御装置（制御装置）８０とを備えている。本実施形態では、第一推進装置１を右舷用、第二推進装置２を左舷用の推進装置とする。
第一推進装置１及び第二推進装置２は、甲板下の機関室（図示せず）内に設置されている。第一推進装置１は、主に、推進用蒸気タービン（第一動力源）１０と、蒸気発生装置１４と、第一推進軸４１と、第一主機制御装置６１とを備えている。また、第二推進装置２は、主に、推進用電気モーター（第二動力源）２０と、複数（図１では３つ）の発電機２２と、複数（図１では３つ）のエンジン２３と、第二推進軸４２と、第二主機制御装置６２とを備えている。
【００２１】
推進用蒸気タービン１０は再熱タービン式であり、前進用低圧タービン４と、前進用高圧タービン６と、再熱タービンである前進用中圧タービン７と、後進用タービン５とを備えている。前進用低圧タービン４と、前進用高圧タービン６と、前進用中圧タービン７とは、１機の主機を構成している。主機は、前進用低圧タービン４と後進用タービン５とが一本のタービン軸１８を介して連結されている。前進用高圧タービン６と前進用中圧タービン７とは、一本のタービン軸１９を介して連結されている。
推進用蒸気タービン１０には、供給される蒸気量を調整するノズル弁（図示せず）が設けられ、ノズル弁には昇速・減速を検知するリフトセンサ（図示せず）が備えられている。
【００２２】
前進用中圧タービン７には、高圧タービン側第一減速機９が接続されている。前進用低圧タービン４には、低圧タービン側第一減速機８が接続されている。高圧タービン側第一減速機９及び低圧タービン側第一減速機８の出力側の他端には、第二減速機５１が接続されている。高圧タービン側第一減速機９、低圧タービン側第一減速機８及び第二減速機５１は、推進用蒸気タービン１０の船尾側に配置されている。
【００２３】
第一推進軸４１は、第二減速機５１に接続されている。また第一推進軸４１の他端には、可変ピッチプロペラであるプロペラ３１が設けられている。
蒸気発生装置１４は、主ボイラ１２と、再熱器１３とを備えている。主ボイラ１２からの高圧蒸気は、後進用タービン５及び前進用高圧タービン６へ導かれる。前進用高圧タービン６にて仕事を終えた蒸気は、再熱器１３へと導かれ再過熱される。再熱器１３にて再過熱された中圧蒸気は、再熱タービンである前進用中圧タービン７へと導かれる。
【００２４】
推進用電気モーター２０は、エンジン２３によって駆動される発電機２２において発生させた電力にて駆動され、プロペラ３２に動力を伝達させる。推進用電気モーター２０には、第二減速機５２が接続されている。
第二推進軸４２は、第二減速機５２の出力側に接続されている。また第二推進軸４２の出力側である他端には、可変ピッチプロペラであるプロペラ３２が設けられている。
第一推進軸４１及び第二推進軸４２のそれぞれには、各々回転数発信器（図示せず）及び出力検出器（図示せず）が備えられている。
【００２５】
第一主機制御装置６１は、機関室内に設けられた機関制御室（図示せず）に配置されている。第一主機制御装置６１には、第一推進軸４１に設けられている回転数発信器および出力検出器より第一推進軸４１の回転数（以下「実軸回転数」という）及び軸出力（以下「実軸出力」という）の信号と、統合制御装置８０からの操船指示信号（運転情報）とが入力される。
第一主機制御装置６１は、推進用蒸気タービン１０に設けられているノズル弁の弁リフトを制御することによって推進用蒸気タービン１０の始動、停止、前後進、増減速の制御を行う。また、第一主機制御装置６１は、指示回転数または指示出力に応じた推進用蒸気タービン１０のノズル弁の指示弁リフトを算出する中央演算処理装置（図示せず）を有している。
第一主機制御装置６１は、中央演算処理装置によって、操船者が発信する操船指示信号に対応する第一推進軸４１の指示回転数を算出する。さらに中央演算処理装置は、指示回転数および指示出力に対応した推進用蒸気タービン１０のノズル弁の指示弁リフトを算出する。また、中央演算処理装置は、操船者が発信する操船指示信号に応じた推進用蒸気タービン１０の指示出力を算出する。
【００２６】
第二主機制御装置６２は、制御室（図示せず）に配置されている。第二主機制御装置６２には、第二推進軸４２に設けられている回転数発信器および出力検出器より第二推進軸４２の実軸回転数および実軸出力の信号と、統合制御装置８０からの操船指示信号とが入力される。
第二主機制御装置６２は、第二推進軸４２に接続された推進用電気モーター２０への供給電力（すなわち出力）を制御することによって推進用電気モーター２０の始動、停止、前後進、増減速の制御を行う。また、第二主機制御装置６２は、指示回転数または指示出力に応じた推進用電気モーター２０への供給電力を算出する中央演算処理装置（図示せず）を有している。
第二主機制御装置６２は、中央演算処理装置によって、操船者が発信する操船指示信号に対応する第二推進軸４２の指示回転数を算出する。さらに中央演算処理装置は、指示回転数および指示出力に対応した推進用電気モーター２０のへの供給電力を算出する。また、中央演算処理装置は、操船者が発信する操船指示信号に応じた推進用電気モーター２０の指示出力を算出する。
【００２７】
統合制御装置８０は、機関制御室に設置されている中央制御盤（図示せず）内に設けられている。統合制御装置８０には、第一推進軸４１及び第二推進軸４２に設けられている回転数発信器および出力検出器から得られる実軸回転数および実軸出力の信号と、第一推進装置１及び第二推進装置２の運転情報とが入力される。
【００２８】
次に、図１に示した統合制御装置８０の航行時の制御について説明する。
例えば、右舷および左舷の推進装置が同一である場合は、操船者からの制御指示を受けて各々共通の制御信号にて調整し、同期をとることができる。しかし、本実施形態のように動力源が異なる構成の推進装置である場合は、前述したような共通の制御信号を用いた制御にて両軸の同期をとるのは困難である。
そこで、本実施形態では、一方の軸回転数を目標値とし、他方の軸回転数を同期させることとする。ここで、船舶の航行は湾内と湾外とでは航行形態が異なる。よって、各々の航行形態に応じた制御が必要である。
【００２９】
図２に基づいて、図１に示した統合制御装置８０の外洋航行時の制御について説明する。
湾外の外洋航行時は、航行時の船速増減の頻度が港湾航行時に比べて低く、定格の近傍あるいは荷役スケジュールに合わせて調整された船速（出力）を保つ状態で運用される。
２軸タービン船における外洋航行では、制御指示は弁リフト制御（すなわち出力制御）となり、主軸は指示された弁リフトに相当する出力となるよう制御される。ただし、同じ出力であっても海象などで右舷および左舷、すなわち第一推進軸４１および第二推進軸４２の主軸回転数に差異が発生することも想定されるため、操船者が発信する操船指示信号はテレグラフ（図示せず）による出力とするが、実際の制御信号はその指示出力の結果として得られる回転数とする方が望ましい。
本実施形態では、外洋航行の場合は比較的安定して操船されている状態であり、負荷や回転数調整の頻度も低いため、一定出力（すなわち電力）を供給し続けられる電気推進機関である左舷側の推進用電気モーター２０の第二推進軸４２の軸回転数ＲＰＭ−Ｐを目標値とし、同期制御対象は応答性の緩やかなタービン推進機関である右舷側の推進用蒸気タービン１０の第一推進軸４１の軸回転数ＲＰＭ−Ｓとする。
【００３０】
これは、外洋航行では前述したように船速増減の頻度が港湾航行時に比べて低く、船速を保つ状態で運用されることから、例えば天候や外乱などにより回転数が変動を受けたとしてもその影響は少なく、よって多少船速が変わったとしても出力を変える必要はほとんどない。よって、一定の出力を供給することが好ましく、この場合、第二推進装置２の推進用電気モーター２０に対し第二主機制御装置６２は一定の出力すなわち電力を供給する。その時の推進用電気モーター２０の軸回転数ＲＰＭ−Ｐを目標値とし、変動に対しレスポンスが低い第一推進装置１の推進用蒸気タービン１０の軸回転数ＲＰＭ−Ｓを制御するものである。
【００３１】
操船者は、船橋（図示せず）に設置されている制御盤（図示せず）に設けられているテレグラフによって船速度指示の操船指示信号を発信する。発信された操船指示信号は中央制御盤内に設けられている統合制御装置８０（図１参照）へ送信される。統合制御装置８０は、第二主機制御装置６２へ操船者が発信する操船指示信号から算出される推進用電気モーター２０の指示出力によって推進用電気モーター２０の増減速を制御する出力制御を行った後、推進用電気モーター２０を回転数制御によって制御するように信号を送信する。
第二主機制御装置６２は、推進用電気モーター２０に対し電力を供給し、この電力に応じた軸回転数ＲＰＭ−Ｐを第二推進軸４２へ与える。第二推進軸４２の実軸回転数ＲＰＭ−Ｐ（ｔ）は第二主機制御装置６２へフィードバックされ、このフィードバック制御により指示回転数となるように調整される。
また、第二推進軸４２の実軸回転数ＲＰＭ−Ｐ（ｔ）は第一推進装置１の第一主機制御装置６１に対するＰＩ制御の入力データとなる。ＰＩ制御により第一主機制御装置６１へ渡された軸回転数ＲＰＭ−Ｓ´（ｔ）は第一推進軸４１の目標軸回転数とされ、第一推進軸４１へ与えられる。第一推進軸４１の実軸回転数ＲＰＭ−Ｓ（ｔ）は第一主機制御装置６１へフィードバックされるとともに、ＰＩ制御の入力データとされる。
ここで、ＰＩ制御の各フィードバックゲインについては、設定前に試験を行いその結果をもとに設定されるものとする。
【００３２】
なお、第一推進軸４１の実軸回転数が目標軸回転数にまで達した後も、第一推進軸４１の実軸回転数および実軸出力は逐次監視され、目標軸回転数と実軸回転数との間に偏差が生じた場合には、目標軸回転数に一致するように第一推進軸４１の実軸回転数を増減速させる回転数制御が行われる。
【００３３】
このように、推進用蒸気タービン１０の応答性が低い、すなわち時定数が長いことを利用して、推進用電気モーター２０の軸回転数ＲＰＭ−Ｐを目標に推進用蒸気タービン１０の軸回転数ＲＰＭ−Ｓをゆるやかに追従させる。これにより、船速の変動が頻繁でなく、出力がほぼ一定に制御される外洋航行において、両舷の軸回転数の同期が容易に行える。
【００３４】
図３には、外洋航行時の操船指示信号とそれに対する第二推進軸４２および第一推進軸４１の軸回転数の推移が示されている。同図において、横軸は外洋航行時の時間推移を、縦軸は各推進軸の軸回転数を示す。
外洋航行時、弁リフト制御が行われるため、操船指示信号は出力が指示されるが、本グラフではその出力に相当する回転数を示している。
外洋航行時は、操船指示信号は高い値の範囲で変動が少ない。これに対し、まず第二推進軸４２の軸回転数ＲＰＭ−Ｐが制御され、第二推進軸４２の軸回転数ＲＰＭ−Ｐを目標値として第一推進軸４１の軸回転数ＲＰＭ−Ｓが緩やかに応答する。
【００３５】
図４には、１軸とした場合の出力に対する軸回転数の特性がグラフに示されている。同図において、横軸は推進軸の軸回転数を、縦軸は出力を示す。
出力が高い範囲では、出力が上がっても軸回転数は変動が少ない。例えば、出力が８０％から９０％へ１０％上昇する場合、軸回転数の変動は４％程度である。逆に、出力が低い範囲では、出力の上昇が少なくても軸回転数は大きく変動する。例えば、出力が１０％から２０％へ１０％上昇する場合、軸回転数は１２％程度変動する。ここで、外洋航行では船速が早く出力が高い範囲で運用されることから、軸回転数の変動が少なく船の航行への影響は少ない。逆に、港湾航行では船速が遅く出力が低い範囲で運用されることから、軸回転数が変動しやすく外乱の影響を受けやすいことがわかる。よって、航行形態によって外洋航行モード及び港湾航行モードを使い分ける必要がある。
【００３６】
次に、図５に基づいて、図１に示した統合制御装置８０の港湾航行時の制御について説明する。
湾内の港湾航行時は、通航船舶数が外洋航行時に比べて多く、航行時の船速増減や転舵の頻度が高くなる。
よって２軸タービン船における港湾航行では、制御指示は軸回転数制御となり、各軸は指示された軸回転数となるよう制御される必要がある。
本実施形態では、港湾航行の場合は、外洋航行時に比べて航行量が多く、負荷や回転数調整の頻度が高いため、タービン推進機関である右舷側の推進用蒸気タービン１０の第一推進軸４１の軸回転数ＲＰＭ−Ｓを目標値とし、同期制御対象は応答性の高い電気推進機関である左舷側の推進用電気モーター２０の第二推進軸４２の軸回転数ＲＰＭ−Ｐとする。
【００３７】
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テレグラフによって船速度指示の操船指示信号を発信する。発信された操船指示信号は、中央制御盤内に設けられている統合制御装置８０（図１参照）に送信される。統合制御装置８０は、第一主機制御装置６１へ推進用蒸気タービン１０を回転数制御によって制御するように信号を送信する。第一主機制御装置６１は、操船者が発信する操船指示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１０に供給される蒸気量を制御して推進用蒸気タービン１０を増減速させる回転数制御を行う。
第一主機制御装置６１は、操船指示信号に応じた指示回転数を算出し、推進用蒸気タービン１０のノズル弁へ回転数の指示信号を送信し、この回転数に応じた軸回転数ＲＰＭ−Ｓを第一推進軸４１へ与える。第一推進軸４１の実軸回転数ＲＰＭ−Ｓ（ｔ）は第一主機制御装置６１へフィードバックされ、このフィードバック制御により指示回転数となるように調整される。
また、第一推進軸４１の実軸回転数ＲＰＭ−Ｓ（ｔ）は第二推進装置２の第二主機制御装置６２に対するＰＩ制御の入力データとなる。ＰＩ制御により第二主機制御装置６２へ渡された軸回転数ＲＰＭ−Ｐ´（ｔ）は第二推進軸４２の目標軸回転数とされ、第二推進軸４２へ与えられる。第二推進軸４２の実軸回転数ＲＰＭ−Ｐ（ｔ）は第二主機制御装置６２へフィードバックされるとともに、ＰＩ制御の入力データとされる。
ここで、ＰＩ制御の各フィードバックゲインについては、設定前に試験を行いその結果をもとに設定されるものとする。
【００３８】
なお、第二推進軸４２の実軸回転数が目標軸回転数にまで達した後も、第二推進軸４２の実軸回転数および実軸出力は逐次監視され、目標軸回転数と実軸回転数との間に偏差が生じた場合には、目標軸回転数に一致するように第二推進軸４２の実軸回転数を増減速させる回転数制御が行われる。
【００３９】
図６には、港湾航行時の操船指示信号（軸回転数）とそれに対する第一推進軸４１および第二推進軸４２の軸回転数の推移が示されている。同図において、横軸は港湾航行時の時間推移を、縦軸は各推進軸の軸回転数を示す。
港湾航行時、操船指示信号が指示する軸回転数は低い値の範囲で頻繁に大きく変動する。これに対し、第一推進軸４１の軸回転数ＲＰＭ−Ｓが制御され、第一推進軸４１の軸回転数ＲＰＭ−Ｓを目標値として第二推進軸４２の軸回転数ＲＰＭ−Ｐが高い追従性をもって応答する。
【００４０】
船舶の航行においては、上述したように航行形態に外洋航行と港湾航行がある。外洋航行から港湾航行へ航行形態が変更される場合は、統合制御装置８０はモード切替部（図示せず）によって外洋航行モードから港湾航行モードへ切替を行う。また港湾航行から外洋航行へ変更される場合は、逆の切替を行う。これにより、効率の良い航行が可能であり、操船者の負担を軽減できる。
【００４１】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る制御装置及びこれを備えた船舶、並びに統合制御方法によれば、動力源の異なる複数の推進装置の主機制御装置を統合制御する統合制御装置８０が、外洋航行において出力変化の時定数の小さい推進用電気モーター２０の制御情報を目標値として、推進用蒸気タービン１０を制御する外洋航行モードを備えることから、航行時の船速の増減の変動が港湾航行時に比べて少なく船速制御の頻度が低い外洋航行において、出力指示はほとんど変動せず、指示に対して一定出力を供給し続けることができる推進用電気モーター２０の第二推進軸４２の軸回転数を目標値として、応答性の緩やかな推進用蒸気タービン１０の第一推進軸４１の軸回転数が制御され、両推進軸の軸回転数の同期が図れる。これにより、操船者が手動で同期を図る必要がないため負担を軽減でき、船舶の推進効率を向上することが可能となる。また、統合制御装置８０から各主機制御装置６１及び６２へと各動力源１０及び２０の運転を制御する信号が送信されるので、各動力源１０及び２０ごとに制御を行うことができる。さらに、一方の動力源を目標値として時定数の小さい動力源を制御する場合と比較して、必要の無い制御信号の出力を抑えることができる。
【００４２】
また、港湾航行モードを備えることから、通航船舶数が外洋航行時に比べて多く、航行時の船速の増減の頻度が高くなる港湾航行において、指示回転数は頻繁に変化し、相対的に状況変化に対して緩やかに応答する推進用蒸気タービン１０の第一推進軸４１の軸回転数を目標値として、応答性の高い推進用電気モーター２０の第二推進軸４２の軸回転数が制御される。これにより両推進軸の軸回転数の同期が図れ、安定した操船を行うことができる。よって、操船者が手動で同期を図る必要がないため負担を軽減でき、船舶の推進効率を向上することが可能となる。また、制御頻度が高くてもすばやく応答し同期できることから、船舶が蛇行航行するのを防ぐことができる。
【００４３】
また、外洋航行モード及び港湾航行モードのモード切替を行うモード切替部を備えていることから、各々の航行の特徴に合わせたモードでの航行が可能である。よって、動力源の異なる複数の推進装置の主機制御装置を備えていても、航行形態に応じた航行が可能となる。
【００４４】
また、第一動力源１０として蒸気タービンを、第二動力源２０として電気モーターを使用するため、各々の動力源としての利点を生かし、環境への負荷の低減や、燃費の改善が可能である。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。
【００４６】
たとえば、推進用蒸気タービン１０の船首側に軸発電機を接続させ、軸発電機で発電した電力を推進用電気モーター２０の稼働電力の一部としてもよい。
また、上述した実施形態においては動力源を再熱タービンおよび電気モーターとしたが、非再熱タービン、ガスタービン及びディーゼル機関などとしてもよく、出力変化の時定数、すなわち制御指示に対する発生出力および変化の応答速度が異なる動力源の組み合わせであればいずれの組み合わせ、例えば一方がディーゼル機関、他方が蒸気タービンの組み合わせにも適用可能である。また推進軸は２軸としたが、３軸以上の推進軸であってもよい。いずれの場合であっても、出力変化の時定数を基準とし、外洋航行および港湾航行において航行モードを切り替えることで航行形態に応じた航行が可能である。
また、上述した実施形態においては一方の軸回転数を他方の目標軸回転数とする場合の制御にＰＩ制御を用いるとして説明したが、ＰＩＤ制御を用いてもよい。
また、上述した実施形態においてはクラッチを設けずプロペラ３１及び３２を可変ピッチプロペラとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、クラッチを設けて固定ピッチプロペラとしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  第一推進装置
２  第二推進装置
４  前進用低圧タービン
５  後進用タービン
６  前進用高圧タービン
７  前進用中圧タービン
８  低圧タービン側第一減速機
９  高圧タービン側第一減速機
１０  推進用蒸気タービン（第一動力源）
１２  主ボイラ
１３  再熱器
１４  蒸気発生装置
１８，１９  タービン軸
２０  推進用電気モーター（第二動力源）
２２  発電機
２３  エンジン
３１，３２  プロペラ
４１  第一推進軸
４２  第二推進軸
５１，５２  第二減速機
６１  第一主機制御装置
６２  第二主機制御装置
８０  統合制御装置（制御装置）
【図１】
0005951587.tif 000002
【図２】
0005951587.tif 000003
【図３】
0005951587.tif 000004
【図４】
0005951587.tif 000005
【図５】
0005951587.tif 000006
【図６】
0005951587.tif 000007