(57)【要約】【課題】設置コストの低減が可能、かつ、信頼性に優れた推進装置およびこれを備える船舶を提供することを目的とする。【解決手段】高圧タービン４および高圧タービン４に並列に接続される低圧タービン３と、を備える推進用蒸気タービン２と、高圧タービン４に接続される高圧タービン側軸発電機２１と、高圧タービン４と低圧タービン３とを接続している減速機９と、減速機９に接続される推進軸１５と、推進軸１５に設けられる推進器１６と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タービンおよび該高圧タービンに並列に接続される低圧タービンと、を備える推進用蒸気タービンと、
前記高圧タービンに接続される高圧タービン側軸発電機と、
前記高圧タービンと前記低圧タービンとを接続する減速機と、
該減速機に接続される推進軸と、
該推進軸に設けられる推進器と、を有する推進装置。
【請求項２】
前記低圧タービンには、低圧タービン側軸発電機が接続され、前記高圧タービン側軸発電機と前記低圧タービン側軸発電機とが電気的に接続される請求項１に記載の推進装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の推進装置を備える船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推進装置およびこれを備える船舶について、特に、舶用の推進用蒸気タービンよって駆動される軸発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、船内に設けられている推進用蒸気タービンによって駆動される軸発電機は、推進軸上に設けられている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５５−９２６００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、前進用低圧タービンと前進用高圧タービンとを有する推進用蒸気タービンの場合には、推進用蒸気タービンの出力が減速機を介して１つの出力になって推進軸に伝達される。推進軸は、推進軸に設けられているプロペラを駆動する。この際、プロペラの推進効率に適した回転数となるように推進軸の回転数は、減速機によって減速される。そのため、推進軸の回転数は、低回転数となり、推進軸上に設けられている軸発電機が大型化するという問題点があった。
また、特許文献１に記載の発明では、推進用蒸気タービンが部分負荷運転する場合には、推進用蒸気タービンに供給される蒸気量が減少して前進用低圧タービンと前進用高圧タービンとの間の出力差が大きくなる。そのため、前進用低圧タービンと前進用高圧タービンとを接続している減速機に片あたりが生じて減速機の歯車の摩耗が生じる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、設置コストの低減が可能、かつ、信頼性に優れた推進装置およびこれを備える船舶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、本発明の推進装置およびこれを備える船舶は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る推進装置によれば、高圧タービンおよび該高圧タービンに並列に接続される低圧タービンと、を備える推進用蒸気タービンと、前記高圧タービンに接続される高圧タービン側軸発電機と、前記高圧タービンと前記低圧タービンとを接続する減速機と、該減速機に接続される推進軸と、該推進軸に設けられる推進器と、を有することを特徴とする。
【０００７】
推進用蒸気タービンの出力は、低圧タービンの出力と高圧タービンの出力とを減速機を介して１つの出力にして推進軸に伝達される。出力が伝達される推進軸は、推進軸に設けられる推進器の推進効率に適した回転数となるように駆動される。そのため、推進軸の回転数は、低圧タービンおよび高圧タービンの回転数よりも低くなる。したがって、推進軸に軸発電機を設けた場合には、軸発電機が大型化する。
【０００８】
そこで、本発明では、高圧タービン側軸発電機を高圧タービンに接続することとした。これにより、回転数を高くして高圧タービン側軸発電機を駆動することができる。そのため、高圧タービン側軸発電機の大きさを小さくすることができる。したがって、高圧タービン側軸発電機を設置するスペースを小さくすることができるとともに、高圧タービン側軸発電機の設置コストを低減することができる。
【０００９】
さらに、本発明に係る推進装置によれば、前記低圧タービンには、低圧タービン側軸発電機が接続され、前記高圧タービン側軸発電機と前記低圧タービン側軸発電機とが電気的に接続されることを特徴とする。
【００１０】
推進用蒸気タービンの部分負荷運転時には、推進用蒸気タービンの定格負荷運転時に比べて推進用蒸気タービンへと供給される蒸気量が減少する。推進用蒸気タービンに供給される蒸気量が減少するため、低圧タービンの出力が高圧タービンの出力に比べて大きく低下する。これにより、減速機に接続される低圧タービンと高圧タービンとの各々の出力のバランスに偏りが生じる。そのため、減速機の歯車に片あたりが生じて歯車の摩耗や折損等の損傷を生じる恐れがある。
【００１１】
そこで、低圧タービンによって駆動される低圧タービン側軸発電機を設けることとした。また、低圧タービン側軸発電機と高圧タービン側軸発電機とは、電気的に接続することとした。これにより、推進用蒸気タービンの部分負荷運転時に高圧タービン側軸発電機において発生した電気を低圧タービン側軸発電機へと供給し、低圧タービンを加勢することができる。そのため、低圧タービンと高圧タービンとの各々の出力のバランスを図ることができる。したがって、減速機の歯車に生じる片あたりを防ぐことができ、減速機の信頼性を向上させることができる。
なお、高圧タービン側軸発電機および低圧タービン側軸発電機は、駆動されることによって電力を供給する場合には発電機として作動し、電力を供給された場合には電動機（モータ）として作動する。
【００１２】
さらに、本発明に係る船舶によれば、上記のいずれかに記載の推進装置を備えることを特徴とする。
【００１３】
高圧タービンに高圧タービン側軸発電機を接続することによって、高圧タービン側軸発電機を小型化することができる。そのため、船内配置の自由度が高まると共に、高圧タービン側軸発電機の設置コストを抑えることができる。したがって、船舶の建造コストを抑えることができる。
また、低圧タービン側軸発電機と高圧タービン側軸発電機とを設けた場合には、低圧タービンと高圧タービンとの間の各々の出力のバランスを図ることができる。そのため、減速機の信頼性が向上し、推進装置の故障を低減することができる。したがって、船舶の航行に対する信頼性が高まる。
【発明の効果】
【００１４】
高圧タービン側軸発電機を高圧タービンに接続することとした。これにより、回転数を高くして高圧タービン側軸発電機を駆動することができる。そのため、高圧タービン側軸発電機の大きさを小さくすることができる。したがって、高圧タービン側軸発電機を設置するスペースを小さくすることができるとともに、高圧タービン側軸発電機の設置コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る推進装置を備えた船舶の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る推進装置を備えた船舶の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係る推進装置を備えた船舶の概略構成図が示されている。
本実施形態に係る船舶は、蒸気タービン船であり、甲板下の機関室（図示せず）内に推進装置１を備えている。
推進装置１は、推進用蒸気タービン２と、船尾用減速機（減速機）９と、推進軸１５と、高圧タービン側軸発電機２１とを備えている。
【００１７】
推進用蒸気タービン２は、再熱タービンであり、前進用低圧タービン（低圧タービン）３と、前進用高圧タービン（高圧タービン）４と、前進用中圧タービン５と、後進用タービン６とを備えている。
前進用低圧タービン３と、前進用高圧タービン４と、前進用中圧タービン５と、後進用タービン６は、１機の主機を構成している。前進用低圧タービン３と後進用タービン６とが一本の低圧タービン側軸７を介して連結されている。前進用高圧タービン４と前進用中圧タービン５とは、一本の高圧タービン側軸８を介して連結されている。
【００１８】
船尾用減速機９は、高圧タービン側第１減速機１０と、低圧タービン側第１減速機１１と、第２減速機１２とを備えている。高圧タービン側第１減速機１０と、低圧タービン側第１減速機１１と、第２減速機１２とは、推進用蒸気タービン２の船尾側に備えられている。
【００１９】
高圧タービン側第１減速機１０には、前進用中圧タービン５に設けられている高圧タービン側軸８が接続されている。低圧タービン側第１減速機１１には、前進用低圧タービン３に設けられている低圧タービン側軸７が接続されている。高圧タービン側第１減速機１０および低圧タービン側第１減速機１１の他端には、第２減速機１２が接続されている。
【００２０】
推進軸１５は、中間軸１６と、プロペラ軸１７と、カップリング１８とを有している。中間軸１６は、第２減速機１２に接続されている。さらに、中間軸１６の他端には、カップリング１８を介してプロペラ軸１７が接続されている。
【００２１】
前進用高圧タービン４の船首用には、高圧タービン側軸８上に設けられている船首用高圧タービン側減速歯車２０を介して高圧タービン側軸発電機２１が接続されている。
高圧タービン側軸発電機２１は、電力を供給する場合には発電機として作動し、電力を供給された場合には電動機（モータ）として作動する。
【００２２】
次に、推進用蒸気タービンの定格負荷運転時における推進装置および高圧タービン側軸発電機の運転方法について説明する。
図示しない主ボイラにおいて発生した主蒸気は、前進用高圧タービン４に供給される。前進用高圧タービン４に流入した主蒸気は、タービン翼（図示せず）に作用して前進用高圧タービン４に接続されている高圧タービン側軸８を回転駆動させる。
【００２３】
前進用高圧タービン４を通過した蒸気は、図示しない再熱器へと導かれる。再熱器に導かれた蒸気は、再過熱され飽和温度以上に熱せられて過熱蒸気にされる。過熱蒸気は、前進用中圧タービン５に供給される。前進用中圧タービン５に供給された過熱蒸気は、タービン翼（図示せず）に作用して前進用高圧タービン５に接続されている高圧タービン側軸８をさらに回転駆動する。
前進用高圧タービン４および前進用中圧タービン５によって回転駆動された高圧タービン側軸８の回転数は、例えば、６０００ｒｐｍとなる。
【００２４】
前進用中圧タービン５を通過した蒸気は、前進用低圧タービン３に導かれる。前進用低圧タービン３に導かれた蒸気は、タービン翼（図示せず）に作用して前進用低圧タービン３に接続されている低圧タービン側軸７を回転駆動する。
前進用低圧タービン３によって回転駆動された低圧タービン側軸７の回転数は、例えば、３０００ｒｐｍとなる。
【００２５】
前進用高圧タービン４および前進用中圧タービン５によって回転駆動された高圧タービン側軸８の回転数は、高圧タービン側第１減速機１０によって減速される。前進用低圧タービン３に接続されている低圧タービン側軸７の回転数は、低圧タービン側第１減速機１１によって減速される。
【００２６】
高圧タービン側第１減速機１０および低圧タービン側第１減速機１１に伝達された高圧タービン側軸８および低圧タービン側軸７の出力は、第２減速機１２に伝達される。第２減速機１２により、高圧タービン側第１減速機１０および低圧タービン側第１減速機１１の回転数および出力は、合成されて１つの回転数および１つの出力となる。１つになった回転数は、第２減速機１２においてさらに減速され、例えば、８０ｒｐｍとなる。
【００２７】
船尾用減速機９によって１つに合成された出力は、中間軸１６に伝達される。中間軸１６に伝達された出力は、カップリング１８を介してプロペラ軸１７に伝達される。中間軸１６からプロペラ軸１７へと出力が伝達されることによりプロペラ１９が回転駆動されて推力が発生する。これにより船舶は、推進する。
【００２８】
前進用高圧タービン４および前進用中圧タービン５によって高圧タービン側軸８が回転駆動されることにより、船首用高圧タービン側減速歯車２０が駆動される。船首用高圧タービン側減速歯車２０が駆動されることによって、高圧タービン側軸８の回転数は、減速されて高圧タービン側軸発電機２１に伝達される。これによって、船首用高圧タービン側減速歯車２０に接続されている高圧タービン側軸発電機２１は、例えば、１８００ｒｐｍの回転数によって駆動される。高圧タービン側軸発電機２１は、船首用高圧タービン側減速歯車２０が回転駆動されることによって電力を発生する発電機として作動する。
【００２９】
高圧タービン側軸発電機２１および機関室内に設けられている発電機（図示せず）によって発生された電力は、図示しない電力制御システム(PMS：Power Management System)によって監視、制御、保護が行われている。そのため、高圧タービン側軸発電機２１において発生した電力は、電力制御システムによって機関室内に設置されている補機類（図示せず）の駆動電源や船内照明等の船内電力へと振り分けられる。
【００３０】
以上の通り、本実施形態に係る推進装置およびこれを備えた船舶によれば、以下の作用効果を奏する。
高圧タービン側軸発電機２１は、船首用高圧タービン側減速歯車２０を介して前進用高圧タービン（高圧タービン）４に接続することとした。これにより、高圧タービン側軸発電機２１を推進軸１５に接続した場合に比べて、高圧タービン側軸発電機２１の回転数を高くして駆動することができる。そのため、高圧タービン側軸発電機２１の大きさを小さくすることができる。したがって、高圧タービン側軸発電機２１を設置するスペースを小さくすることができるとともに、高圧タービン側軸発電機２１の設置コストを低減することができる。
【００３１】
また、高圧タービン側軸発電機２１を小型化することができる。そのため、船内配置の自由度が高まると共に、高圧タービン側軸発電機２１の設置コストを抑えることができる。したがって、船舶の建造コストを抑えることができる。
【００３２】
[第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の推進装置の構成と、推進装置およびこれを備えた船舶は、低圧タービンの船首側に低圧タービン側軸発電機を有している点で第１実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成および運転方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
図２には、本発明の第２実施形態に係る推進装置を備えた船舶の概略構成図が示されている。
前進用低圧タービン３の船首側には、低圧タービン側軸７上に設けられている船首用低圧タービン側減速歯車２２を介して低圧タービン側軸発電機２３が接続されている。
低圧タービン側軸発電機２３は、電力を供給する場合には発電機として作動し、電力を供給された場合には電動機（モータ）として作動する。高圧タービン側軸発電機２１と低圧タービン側軸発電機２３との間は、電力制御システム２４によって電気的に接続されている。
【００３４】
電力制御システム２４は、機関制御室（図示せず）内に設けられている。電力制御システム２４は、高圧タービン側軸発電機２１と低圧タービン側軸発電機２３および機関室内に設けられている発電機（図示せず）とによって発生された電力の監視、制御、保護を行っている。電力制御システム２４は、機関室内に設置されている補機類（図示せず）の駆動電源や船内照明等の船内電力へと電力を振り分けている。
【００３５】
次に、推進用蒸気タービンの定格負荷運転時における低圧タービン側軸発電機の運転方法について説明する。
前進用低圧タービン３に接続されている低圧タービン側軸７が回転駆動されることによって船首用低圧タービン側減速歯車２２が駆動される。船首用低圧タービン側減速歯車２２が駆動されることによって、低圧タービン側軸７の回転数は、減速されて低圧タービン側軸発電機２３に伝達される。これによって、船首用低圧タービン側減速歯車２２に接続されている低圧タービン側軸発電機２３は、例えば、１８００ｒｐｍの回転数によって駆動される。低圧タービン側軸発電機２３は、船首用低圧タービン側減速歯車２２が駆動されることによって電力を発生する発電機として作動する。
【００３６】
高圧タービン側軸発電機２１、低圧タービン側軸発電機２３および機関室内に設けられている発電機によって発生された電力は、電力制御システム２４によって機関室内に設置されている補機類の駆動電源や船内照明等の船内電力へと電力を振り分けられる。
【００３７】
次に、推進用蒸気タービンの部分負荷運転時における推進装置、高圧タービン側軸発電機および低圧タービン側軸発電機の運転方法について説明する。
推進用蒸気タービン２の部分負荷運転時には、推進用蒸気タービン２に供給される蒸気量が減少する。
【００３８】
推進用蒸気タービン２は、供給された蒸気によって前進用高圧タービン４および前進用中圧タービン５が回転駆動される。前進用高圧タービン４および前進用中圧タービン５が回転駆動されることによって高圧タービン側軸８が回転駆動される。推進用蒸気タービン２には、定格負荷運転時に比べて減少した蒸気量が供給されるため、高圧タービン側軸８の回転数は、推進用蒸気タービン２の定格負荷運転時の回転数、例えば、６０００ｒｐｍよりも低くなる。
【００３９】
前進用高圧タービン４および前進用中圧タービン５を通過した蒸気は、前進用低圧タービン３に供給される。推進用蒸気タービン２全体に供給される蒸気量が少ないことと、前進用高圧タービン４および前進用中圧タービン５を回転駆動することとによって、前進用低圧タービン３に導かれる蒸気のエネルギーが低下する。前進用低圧タービン３に供給される蒸気のエネルギーが低下するため、前進用低圧タービン３の出力が低下する。
そのため、低圧タービン側軸７の回転数は、推進用蒸気タービン２の定格負荷運転時の回転数、例えば、３０００ｒｐｍよりも大きく低下する。
【００４０】
前進用高圧タービン４および前進用中圧タービン５によって回転駆動された高圧タービン側軸８の出力は、高圧タービン側第１減速機１０に伝達される。前進用低圧タービン３に接続されている低圧タービン側軸７の出力は、低圧タービン側第１減速機１１に伝達される。
【００４１】
高圧タービン側第１減速機１０および低圧タービン側第１減速機１１に伝達された高圧タービン側軸８および低圧タービン側軸７の出力は、第２減速機１２に伝達される。第２減速機１２により、高圧タービン側第１減速機１０および低圧タービン側第１減速機１１の回転数および出力は、合成されて１つの回転数および１つの出力となって推進軸１５に伝達される。
【００４２】
推進軸１５に伝達された出力は、低圧タービン側軸７および高圧タービン側軸８の各々の出力が低下しているため推進用蒸気タービン２の定格負荷運転時に比べて低下している。そのため、推進軸１５からプロペラ１９に伝達される回転駆動力も低下する。プロペラ１９の回転駆動力が低下するため、推力が低下し、船舶の速力が低下する。
【００４３】
前進用高圧タービン４および前進用中圧タービン５によって高圧タービン側軸８が回転駆動されることにより、船首用高圧タービン側減速歯車２０が駆動される。推進用蒸気タービン２の定格負荷運転時に比べて高圧タービン側軸８から船首用高圧タービン側減速歯車２０を介して、高圧タービン側軸発電機２１には、低下した出力が伝達される。船首用高圧タービン側減速歯車２０によって伝達された出力により、高圧タービン側軸発電機２１が駆動される。これによって、高圧タービン側軸発電機２１は、電力を発生する。
【００４４】
前進用低圧タービン３によって低圧タービン側軸７が回転駆動されることにより、船首用低圧タービン側減速歯車２２が駆動される。推進用蒸気タービン２の部分負荷運転時には、前進用低圧タービン３に接続されている低圧タービン側軸７の出力が低下するため船首用低圧タービン側減速歯車２２を介して船首用低圧タービン側発電機２３に伝達される出力も低下する。そのため、船首用低圧タービン側発電機２３によって発生する電力量が低下する。
【００４５】
推進用蒸気タービン２の部分負荷運転時には、低圧タービン側軸７が低圧タービン第１減速機１１を介して第２減速機１２へと伝達する出力と、高圧タービン側軸８が高圧タービン第１減速機１０を介して第２減速機１２へと伝達する出力との差が大きくなる。そのため、第２減速機１２において低圧タービン第１減速機１１および高圧タービン第１減速機１０の各々から伝達される出力に不均衡を生じる。第２減速機１２に伝達される出力に不均衡が生じた際には、第２減速機１２の歯車（図示せず）に片当たりを生じることがある。
【００４６】
そこで、推進用蒸気タービン２の定格負荷運転時において前進用低圧タービン３に供給される蒸気の圧力と、推進用蒸気タービン２の部分負荷運転時において前進用低圧タービン３に供給される蒸気の圧力との差（以下「差圧」という。）を監視し、この差圧により部分負荷運転時の前進用低圧タービン３が発生する出力を算出する。差圧から算出された前進用低圧タービン３の出力が所定の出力以下になった場合には、電力制御システム２４によって、船首用高圧タービン側発電機２１において発生した電力の一部を船首用低圧タービン側発電機２３へと供給するように制御する。
電力制御システム２４によって電力が供給された船首用低圧タービン側発電機２３は、加勢されて電動機（モータ）として作動する。
【００４７】
船首用低圧タービン側発電機２３が加勢されるので、船首用低圧タービン側発電機２３に接続されている船首用低圧タービン側減速歯車２２を介して低圧タービン側軸７が加勢される。低圧タービン側軸７が加勢されるため、前進用低圧タービン３が加勢される。また、低圧タービン側軸７が加勢されるので、低圧タービン側軸７に接続されている低圧タービン第１減速機１１が加勢される。低圧タービン第１減速機１１が加勢されることによって、低圧タービン第１減速機１１から第２減速機１２に伝達される出力が増加する。これにより、低圧タービン第１減速機１１から第２減速機１２へと伝達される出力と、高圧タービン第１減速機１０を介して第２減速機１２へと伝達される出力との不均衡が解消される。
【００４８】
以上の通り、本実施形態に係る推進装置およびこれを備えた船舶によれば、以下の作用効果を奏する。
前進用低圧タービン（低圧タービン）３によって駆動される低圧タービン側軸発電機２３を設けることとした。また、低圧タービン側軸発電機２３と高圧タービン側軸発電機２１とは、電気的に接続することとした。これにより、推進用蒸気タービン２の部分負荷運転時には、高圧タービン側軸発電機２１において発生した電気を低圧タービン側軸発電機２３へと供給し、前進用低圧タービン３を加勢することができる。そのため、前進用低圧タービン３と前進用高圧タービン（高圧タービン）４との間の出力のバランスを図ることができる。したがって、船尾用減速機（減速機）９の歯車に生じる片あたりを防ぐことができ、船尾用減速機９の信頼性を向上させることができる。
【００４９】
また、低圧タービン側軸発電機２３と高圧タービン側軸発電機２１とを設けた場合には、前進用低圧タービン３と前進用高圧タービン４との間の出力のバランスを図ることができ船尾用減速機９の信頼性が向上する。そのため、推進装置１の故障を低減することができる。したがって、船舶の航行に対する信頼性が高まる。
【符号の説明】
【００５０】
２  推進用蒸気タービン
３  前進用低圧タービン（低圧タービン）
４  前進用高圧タービン（高圧タービン）
９  減速機（船尾用減速機）
１５  推進軸
１６  推進器（プロペラ）
２１  高圧タービン側軸発電機
【図１】
2011132878.tif 000003
【図２】
2011132878.tif 000004