JPH073171B2 - 過給式船舶用デイ−ゼル機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、過給式船舶用デイーゼル機関であつて、少な
くとも１つの排ガスターボ過給機と、別個の、過給ター
ビンに対して並列的に接続された実効タービン（Nutztu
rbine）とを有しており、かつ給電回路網に電力を供給
する同期発電機を駆動する少なくとも１つの補助デイー
ゼル機関を有している形式のものに関する。

実効タービンが必要な給電回路網電力を生ぜしめるため
に利用されている上記の形式の船舶用デイーゼル機関は
公知である。

この場合発電機を高速回転型実効タービンの減速伝動装
置に直接連結することができる。このような構造ユニツ
トは、利用できる船舶機関室内のどこにでも、過度に長
いガス導管を用いることなく、設けることができる利点
がある。しかしこの手段の欠点は、タービン−発電機の
構造ユニツトを所定の回転数に調整するために高価な出
力制御電子機器を必要とすることにある。このような調
整にはタービン価格の数倍の経費を要するから、このよ
うな調整手段は実地には利用できない。通常は手近に使
用できる経済的は非同期発電機もやはり使用できない。
それというのは、一般に大型の給電回路網がタービン−
発電機ユニツトを一定回転数に保持している静止の設備
と異なり、船舶の設備においては、全回路網電力は実効
タービンの全出力にほぼ相当する。従つて給電回路網に
よつてタービン−非同期発電機のユニツトの回転数を一
定に保持することは不可能である。

同期発電機が実効タービンに連結されかつこの発電機−
タービンのユニツトが排ガス中のフラツプ弁を介して調
整される、さらに別の形式の回転数調整も同様に利用で
きない。それというのは、特に、重油で駆動される設備
の排ガス流中における調整可能なフラツプ弁の配置に高
い経費を要する他、長い排ガス導管中における動力学的
過提の監視が困難であるからである。

発電用実効タービンを使用するさらに別の可能な手段に
よれば、回転数調整される発電機を自から駆動する船舶
用デイーゼル機関が使用される。この場合、実効タービ
ンをこの発電機の軸自由端部に連結することができる。
しかし回転数調整に高い経費を要するため、船舶用デイ
ーゼル機関の大部分は固有の発電機を備えていない。こ
の場合一般的には、実効タービンはやはり高い製作費を
要する変速機を介して主デイーゼル機関のクランク軸に
連結される。

従つて本発明の課題は、はじめに述べた形式の船舶設備
において、所要電力の少くとも一部を実効タービンによ
つて、それも極めて簡単な、価格的に有利な、確実な方
式で、賄なわせることにある。

この課題は本発明によれば、実効タービンが補助デイー
ゼル機関−発電機ユニツトの軸自由端部に連結されてい
ることによつて、解決されている。

本発明の手段の利点は、明らかである。即ち上に述べた
全ての付加的な発電機、変速機及び調整装置を省略する
ことができる。顕著な設計変更及び製作経費なしに、極
めて短い作業時間で本発明の手段を後から設けもしくは
この手段に取替えることができる。本発明の出願時にお
いては、実効タービンを過給式船舶用機関と関連させて
運転することは行なわれていない。

次に図示の実施例につき本発明を説明する。

本発明にとつて重要でない構成部分を省略して著しく簡
単化して示した船舶設備によれば、船体１内に多気筒船
舶用デイーゼル機関（以下、主デイーゼル機関２とい
う）が設けられている。軸３を介して固定スクリユー４
が直接駆動される。過給される主デイーゼル機関は圧縮
空気をエアインテークマニホルド５から圧送され、この
エアインテークマニホルド５へは排ガスターボ過給機の
圧縮機６から圧縮空気が圧送される。圧縮機６の駆動は
過給タービン７により行なわれ、これは主デーゼル機関
２のエクゾーストマニホルドから排ガスを負荷される。
膨張後、排ガスは排気管９及び煙突を経て大気中に排出
される。

船体における所要電力を準備するために多気筒補助デイ
ーゼル機関10が設けられており、これは同期発電機11を
駆動する。このため補助デイーゼル機関10は、例えば12
00回転毎分に回転数を調整されている。

主デイーゼル機関２からの過剰の排ガスエネルギは出力
タービン乃至実効タービン12に供給される。この実効タ
ービン12は、流れ方向でみて、過給タービン７に対して
並列に接続されており、即ち、この実効タービン12はや
はりエクゾーストマニホルド８から高温排ガスを負荷さ
れる。

補助デイーゼル機関10と同じくこの実効タービン12も電
力を発生されるために利用される。公知の手段、即ち実
効タービンが１つの固有の発電機を駆動するか、又は、
主デイーゼル機関によつて駆動される発電機に連結され
ている公知の手段、と異なり、実効タービンは、機能的
な構造単位としての補助デイーゼル機関−同期発電機ユ
ニツトの軸自由端部に連結されている。図示の例では実
効タービンのこの連結は機関側のフリーホイールクラツ
チ13を介して行なわれている。この連結部を発電機側に
設けることも可能である。勿論また別のクラツチ型式、
例えば噛合いクラツチ、ゴム式クラツチ、流体クラツチ
等を使用することも可能である。

実効タービン12は排ガスフラツプ弁14を介して遮断可能
である。実効タービンの運転を遮断することができると
いうこの可能性は、殊に過給タービン７が部分負荷用に
設計されている排ガスターボ過給機においては特に有意
義である。この部分負荷設計では、圧力がエクゾースト
マニホルド８内において高められるようになつている。
２サイクル機関及び掃気式４サイクル機関ではこの圧力
上昇は、十分な掃気がなお保証される値まで行なうこと
ができ、この圧力上昇は殆んど過給圧力値の範囲にまで
達することができる。エクゾーストマニホルド８内にお
ける圧力上昇は、排ガスを負荷されるタービング横断面
を100％（全負荷設計の場合）から80％に減少させるこ
とによつて、えられる。この高められた圧力の結果、排
ガスのポテンシヤルエネルギの大きな部分を利用するこ
とができる。それというのはシリンダからマニホルドへ
の絞り損失も減少するからである。上記の過給圧力をう
るためには、即ち必要な圧縮仕事を達成するためには、
過給タービン７はもはや従来のエネルギ供給を必要とし
ない。不必要な部分は実効タービン12で処理される。

このような場合、実効タービンが図示のように並列的に
接続されていると、負荷を受ける全タービン面は以下の
ような割合で振り分けられる。即ち全タービン面（80
％）の70％は過給タービン７に、10％は実効タービン12
へ振り分けられる。

このような手段によれば、主デイーゼル機関２の全負荷
時に、１〜２％だけの単位面積当たり平均圧力の僅かな
減少にも拘らず、既に燃料消費の改善、即ちほぼ３％の
燃料節減が達成される。この場合、全負荷設計（100％
タービン面）に対する主デイーゼル機関の熱的並びに機
械的負荷は不都合ではない。

部分負荷時の実効タービンの上記の遮断は、通常の100
％の場合に対して30％のタービン面の減少となり、実効
タービンが遮断されない場合に対しては、ほぼ10％の減
少となる。このことは、エクゾーストマニホルド８内の
圧力をさらに上昇させることになり、その結果として、
インテークマニホルド５中の過給圧力が著しく上昇す
る。その結果として、部分負荷範囲における燃料消費率
がさらに改善される。

実効タービンの運転が別の要因から停止される場合、即
ち排ガスフラツプ弁14が閉じられる場合のために、実効
タービン12への供給導管と排気管９との間に、非常フラ
ツプ弁16を有する排出管15が配置されている。そのもつ
とも狹い横断面は実効タービン12のタービン面に等しく
なるように設計されている。これにより、非常運転時に
も、過給タービン７はそれが設計されているだけのガス
量を処理すればよい。

実効タービン12は比較的小型の、高速回転型タービンで
ある。従つて例えば23000回転毎分の回転数は変速機を
介して、60Hzに相応して必要な1200回転毎分に減速され
なければならない。実効タービン12及び変速機の潤滑の
ためには、補助デイーゼル機関の潤滑系を利用すること
ができる。

次に実際の数値例を用いて本発明を説明する。この場合
たんに近似値のみを記載する。それというのは機関及び
過給固有の過度に数字の多いパタメータはかえつて本発
明の理解を妨げることになるからである。

スクリユー直接駆動式のコンテナ船における単一機関設
備について説明する。使用される２サイクル大型デイー
ゼル機関は、12気筒でほぼ35000KWの駆動出力を有す
る。

この種の船舶の所要電力は平均1200KWである。給電回路
網に給電する補助設備は、1600KWの発電機にそれぞれ連
結された３つの補助デイーゼル機関より成つている。こ
れらの３つのデイーゼル機関の１つの補助デイーゼル機
関は、そのつどの所要負荷をカバーするために運転さ
れ、第２の補助デイーゼル機関は無負荷運転され、第３
の補助デイーゼル機関は予備として設けられている。

過給空気を準備するために３つの排ガスターボ過給機が
設けられている。エアインテークマニホルド内の圧力が
ほぼ3.2バールの場合、8000KWの等エントロピ圧縮機出
力が必要である。圧縮機効率が85％であれば、３つのタ
ーボ過給機軸における出力はほぼ9500KWである。

今日の効率で達成可能な排ガス出力はしかし、3.0バー
ルの圧力でほぼ10500KWである。排ガスエネルギの過剰
分は実効タービンにおいて使用され、その結果その軸か
ら正味1000KWが機能的ユニツトとしての補助デイーゼル
機関−発電機へ供給される。

必要な1200KWの給電用電力のうち補助デイーゼル機関は
従つてたんに200KWを発生させればよく、このため、著
しい燃料節減がえられる。同じ実効タービン出力が主デ
イーゼル機関に連結された発電機に供給される手段に対
して、節減は量的にはさらに大きくなる。それというの
は、一方においては、補助デイーゼル機関の燃料消費率
は主デイーゼル機関のそれよりも高く、また他方におい
て、補助デイーゼル機関は一般に主デイーゼル機関より
も高価な燃料で運転されるからである。

この例から判るように、最大の設備においてもたんに１
つの実効タービンで済ますことができる。従つて必要な
場合、全負荷運転時においても、容易に、排ガスフラツ
プ弁14の閉鎖及び非常フラツプ弁16の開放後実効タービ
ンを第１の補助デイーゼル機関から切離し、第２の補助
デイーゼル機関に連結することできる。

勿論本発明は上に述べた図示の実施例に制限されるもの
ではない。従つて複数の実効タービンを使用することも
勿論可能である。この場合大きさの異なる実効タービン
を選ぶのが有利であり、この場合実効タービンは異なる
大きさのタービン面を有することも可能である。これに
より個々の実効タービンをそのつどの所要出力に応じて
別個にまた一緒に始動することができる。

図示の単一機関設備と異なつて、中速回転型４サイクル
デイーゼル機関を備えた複数機関設備においても、容易
に、唯１つの、又は１機関当たり１つの、又は１機関当
たり複数の実効タービンを設けることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、作業媒体の流動方向が矢印で示されている、本
発明の一実施例の略示図である。 １……船体、２……主デイーゼル機関、３……軸、４…
…スクリユー、５……インテークマニホルド、６……圧
縮機、７……過給タービン、８……エクゾーストマニホ
ルド、９……排気管、10……補助デイーセル機関、11…
…同期発電機、12……実効タービン、13……一方向クラ
ツチ、14……排ガスフラツプ弁、15……排ガス導管、16
……非常フラツプ弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】過給式船舶用デイーゼル機関であつて、少
   なくとも１つの排ガスターボ過給機（6,7）と、別個
   の、過給タービン（７）に対して並列的に接続された実
   効タービン（12）とを有しており、かつ給電回路網に電
   力を供給する同期発電機（11）を駆動する少なくとも１
   つの補助デイーゼル機関を有している形式のものにおい
   て、実効タービン（12）が補助デイーゼル機関及び発電
   機から成る構造ユニツト（10,11）の軸自由端部に連結
   されている、過給式船舶用デイーゼル機関。