JP4253636B2 - 海洋船舶推進構造及びその動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによる海洋船舶推進システムに関する。本発明は、請求項８のプリアンブルによる海洋船舶推進システムの動作方法にも関する。

海洋船舶の推進システムの設計の全般的なねらいは、いくつか挙げてみると、効率の良さ、信頼性及び耐久性の高さ、低速操船性能の良さである。特徴の重点は問題になっている用途に応じて決まる。

たとえばＲＯＰＡＸ船（ＲＯ−ＲＯ客船）と呼ばれる船において、巡航速度たとえば２５ノットを超える速度で効率が良く、同時に、優れた港湾操船（ｈａｒｂｏｕｒ ｍａｎｏｅｕｖｒｉｎｇ）性能をもたらす推進システムを提供する必要性がある。

従来の機械的軸推進（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｈａｆｔ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ）に代わって、ポッド駆動装置と呼ばれるようなアジマス型推進駆動装置（ａｚｉｍｕｔｈｉｎｇ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｄｒｉｖｅｓ）の使用が提案されてきた。欧州特許公開第５９０８６７号を参照すると、そこでは船の推進モータとして働き駆動ユニットの端部にあるプロペラに連結されている電動機がその内部にある回転可能駆動ユニットからなる推進構造が示されている。ポッド駆動装置は、フレキシブルであって方位制御が可能であり主機関の位置の自由ももたらすという点で有利である。しかし、ポッド駆動装置はコストが高くつき、送電が著しい送電損失を引き起こす。

機械的プロペラ駆動装置それ自体は、コストが安くシンプルであり動力伝達損失が実質上低いという明確な利点を有する。しかし、機械的プロペラは同様に欠点も有する。推進効率は望むほどではなく、可変ピッチ・プロペラが使用されるとき、特に低速状態において前進面におけるキャビテーションの危険がある。これは、プロペラを低ピッチ高回転速度条件で駆動させるとき発生し、それによって結果的にプロペラの羽根の表面における局部圧力が低下する。また実質的に操船性が劣っている。

Ｒａｉｍｏ Ｈａｍａｌａｉｎｅｎによる資料「高速ｒｏｐａｘ船の流体力学（Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｆａｓｔ ｒｏｐａｘ ｖｅｓｓｅｌ）」において、全体レベルでのポッド駆動装置と機械的プロペラ駆動装置の組み合わせそれ自体が提案されてきた。提案の組み合わせは、いくつかの利点を有すると考えられている。しかし、この解決策は、特に低速／操船動作において、結果的に最適な解決策それ自体にならないことがわかっている。一般に、この提案は有望であるが依然として解決すべき実際的な問題がある。

本発明の目的は、従来技術の欠点を最小限に抑えた海洋船舶推進システム及びその動作方法を提供することである。具体的に、本発明の目的は、結果的に全体の特に低速／操船動作の効率及び動作が優れ、推進振動（ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）及び雑音レベルも低減される、海洋船舶ハイブリッド推進システムを提供し、海洋船舶推進システムの動作方法を提供することである。

本発明の目的は、実質的に、請求項１、８に記載され他の請求項により詳細に記載されているように実現される。

本発明の好ましい一実施例によれば、本発明の目的は、船尾部分に、推進力を発生させるエンジン・システム及びいくつかの推進手段を備える海洋船舶推進システムによって実現される。その推進手段は、少なくとも２つの操舵動作可能推進構造（ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ）と、可変ピッチ・プロペラを有し実質上フェザリング状態に調整可能な少なくとも１つの軸駆動式プロペラ駆動装置との組み合わせを含む。

本発明の好ましい一実施例によれば、少なくとも２つの操舵可能推進構造は、可変ピッチ・プロペラ・システム又は一定ピッチ・プロペラ・システムを備えることができるアジマス型推進構造である。アジマス型推進構造には、好ましくは、ピストン・エンジン発電機セットによって電力が供給される電動機によって電力が供給される。軸駆動式プロペラ駆動装置は、歯車システムなどによってピストン・エンジンに機械的に連結される。場合によっては、操舵可能推進構造としてウォータ・ジェット推進システムを使用してもよい。

本発明による推進システムは、異なる動作モード、すなわち具体的には通常／巡航速度動作モード及び低速／港湾操船動作モードそれぞれで異なって駆動されるように構成されている。通常／巡航速度動作モードにおいては、船の航走のために少なくとも２つのアジマス型推進構造及び少なくとも１つの軸駆動式プロペラ駆動装置両方が少なくとも推力を生じさせるようになされる。低速／港湾操船動作モードにおいては、船の航走のために少なくとも２つのアジマス型推進構造のみが推力を生じさせるようになされる。このように、操船動作はより有利になる。船の操舵は、常に、少なくとも２つの操舵動作可能推進構造すなわちアジマス型推進構造によって行われる。

軸駆動式プロペラ駆動装置のプロペラの羽根のピッチ角は、軸駆動式プロペラ駆動装置の軸の垂線に対して±８０°〜１００°になるように調整可能である。実際、これは、プロペラの羽根が船舶の長手軸に実質上平行になるまでどちらかの方向に回転されることを意味する。回転方向は、流れ抵抗を最低限に抑えるように羽根の形に応じて選択することができる。好ましくは、エンジン・システムは、歯車、及びプロペラ駆動軸をエンジンに連結する非係合（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｄ）位置にシフト可能な結合手段を備える。これによって、プロペラがフェザリング状態になる前及びその間、駆動軸への動力の伝達が止められるという利点がもたらされる。結合手段を備えるプロペラ駆動装置により、動力の伝達が切られている間、エンジンがかけたままにされることも可能になる。しかし、たとえば不必要な排出を低減するために、エンジンを止めることは有利である。

船尾部分に少なくとも２つの操舵動作可能推進構造及び可変ピッチ・プロペラを有する少なくとも１つの軸駆動式プロペラ駆動装置を備える海洋船舶推進システムの動作方法によれば、通常／巡航速度において、推進力は、軸駆動式プロペラ駆動装置及び操舵動作可能推進構造によってもたらされる。操舵推力（ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｔｈｒｕｓｔ）は、操舵動作可能推進構造によってもたらされる。軸駆動式プロペラ駆動装置の推力は、主に、プロペラのピッチ角を調整することによって調整する。さらに、低速及び／又は港湾操船動作においては、軸駆動式プロペラ駆動装置をフェザリングになるように調整し、プロペラへの動力の伝達を止める。軸駆動式プロペラのピッチ角を調整することによってこれを行う。

エンジン・システムからプロペラ駆動装置への動力の供給が止められている間、少なくとも２つの操舵動作可能推進構造は動作したままで維持される。軸駆動式プロペラ駆動装置への動力の伝達は、軸駆動式プロペラ駆動装置の軸からエンジンを係合解除することによって、又は歯車システムがない単一のエンジンの場合、プロペラをフェザリングに調整する前にエンジンを止めることによって止める。

軸駆動式プロペラ駆動装置のプロペラのピッチ角は、有利には、＋８０°〜１００°又は−８０°〜１００°になるように調整する。少なくとも２つの操舵動作可能推進構造には、好ましくは、１つ又は複数のピストン・エンジン発電機セットによって電力が供給される電動機によって電力が供給される。低速及び／又は港湾操船動作の間、ピストン・エンジン発電機セットのピストン・エンジンは、アイドリング速度よりも速い速度、実質的に、最も効率の良い一定速度で、好ましくは前記推進構造の消費電力とは実質上独立して動作される。このように、エンジンは、電力需要及び船舶の現行速度に関係なく最適環境で動作されることができる。

本発明は従来技術よりいくつかの利点をもたらす。まず、本推進システムにより、従来のディーゼル‐電気式推進システムと比べて投資コストがより低くなる。優れた操船特性並びに高速船についての優れた推進効率ももたらされる。本発明の場合、低速／操船動作において、エンジンは最適状態で動作することができ、軸駆動式プロペラ駆動装置のキャビテーションの危険がない。また、本発明の利点の１つは、ネットワークに連結されるディーゼル発電機の数を、負荷要求（ｌｏａｄ ｄｅｍａｎｄ）に従って変える、すなわちエンジンをスタートさせる又は止めることができることである。このように、エンジン負荷をより最適に近づけて保持することができる。

本発明を添付の図面を参照して一例として以下に述べる。

図において、参照番号１の船舶の船こく（ｈｕｌｌ）を参照して、その船尾部分だけが示されている。船舶は、多数のピストン・エンジン発電機セット２．１及び軸駆動式機械的プロペラ駆動装置３に機械的に連結される多数のピストン・エンジン２．２を有する、エンジン・システム２を備える。軸駆動式プロペラ駆動装置３は歯車及びクラッチ４を備え、それを介してエンジン２．２がプロペラ駆動装置３の駆動軸５に連結される。駆動軸５の外端にはプロペラ６が連結されている。軸駆動式プロペラ・システム駆動装置３は、可変ピッチ・プロペラ６及びそのピッチ角Ａを調整する構造７を備える。図では、構造７は非常に簡略化してある。ピッチ角調整構造７は、そういうものとして知られている油圧式又は機械式の市販のシステムであってよい。しかし、ピッチ角調整構造７は、プロペラのピッチを実質上のフェザリング状態に調整可能であるようなものである。実際、これはプロペラ羽根を回転させる機構により羽根が通常のピッチ調整よりも大きな角度に回転されるようなることを意味する。このことは、図２を参照して以下にさらに詳細なかたちで述べる。

ピストン・エンジン発電機セット２．１により電力が発生され、それがネットワーク８に供給される。電力は、ネットワーク８を介して、ポッド駆動ユニット９のような操舵動作可能推進構造に送られることができる。ポッド駆動ユニット９は、図に矢印で示されているように、その垂直軸まわりに回転可能である。本発明において、この特徴が利用され、したがってポッド・ユニット９は操舵装置として動作し、軸駆動式プロペラ駆動装置３はいかなる舵システムも有さない。

軸駆動式プロペラ駆動装置３は、船こくの中心線のところに位置決めされている。軸駆動式プロペラ駆動がいくつかある場合、船こく１の中心線に対して対称にそれらを位置決めすることが望ましい。図において、２つの操舵動作可能推進構造すなわちポッド駆動装置９は、軸駆動式プロペラ駆動装置３の両側に、軸駆動式プロペラ駆動装置３のプロペラ６と実質上同じ長手方向位置に位置決めされている。

通常巡航速度状態においては、軸駆動式プロペラ駆動装置３及びポッド駆動装置９が、船の航走のための推進力を発生させるために使用される。ポッド駆動装置９は、可変速度プロペラ・システムを備え、ポッド駆動装置９の推進力は、それらのプロペラの回転速度を制御することによって調整する。可変ピッチ・プロペラを備える場合、推進力は、プロペラのピッチ角を制御することによって制御することもできる。軸駆動式プロペラ駆動装置３の推進力は、主に、プロペラのピッチ角を調整することによって調整する。もちろん、エンジン回転数を調整することによって回転速度を調整することも可能である。

より良い操船性（ｍａｎｏｅｕｖｒａｂｉｌｉｔｙ）が望まれる速度が遅い動作においては、ポッド駆動装置９だけが推進に使用される。この動作モードにおいて、軸駆動式プロペラ駆動装置のピッチ角は、その流れ抵抗が実質上低減されるように調整される。この状態は図２に示されている。このようにして、全体的な効率が増大され得る。好ましくは、軸駆動式プロペラ駆動装置３のピッチ角（Ａ）は、プロペラがフェザリングするように調整される。本明細書において、フェザリング又はフェザリング状態という用語は、弦である羽根の前縁と後縁の間の直線が水流線又は船舶の長手軸にほぼ平行になるように、羽根角（Ａ）が位置決めされることを意味する。羽根角（Ａ）とは、駆動軸の垂線と羽根の前縁及び後縁を結ぶ直線の平均方向との間の角を意味する。

低速／港湾操船動作に切り替えるとき、まず、軸駆動式プロペラ駆動装置３への動力の供給を止める。非係合位置にクラッチ４をシフトすることによってこれを行うことができる。動力の伝達を止めた後、駆動装置３のプロペラを、フェザリング状態に調整する。このように、低速／操船動作についての本推進システムの有利な特徴を得ることが可能である。ポッド駆動装置９は、動作中、ピストン・エンジン発電機セット２．１のピストン・エンジンがアイドリング速度よりも速い速度、実質的に、最も効率の良い一定速度で、前記推進構造９の消費電力とは実質上独立して動作されるかたちで維持される。これは、全電力発生量がポッド駆動装置９の実際の電力需要量よりも大きくなることがあることを意味する。エンジン・システム２．２をシャット・ダウンすることも有利である。本発明によれば、この動作モードにおいて、エンジン・システム２は、結果的に排出及び船こく構造の振動を低く抑える最も有利なかたちで動作される。

本発明は、図示の実施例に限定されないが、本発明の様々な修正形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内で可能である。

通常動作における、本発明による推進システムの一実施例を概略的に示す図である。 低速／操船動作における、図１による推進システムを示す図である。

Claims (10)

1. 海洋船舶の船尾部分に、推進力を発生させるエンジン・システム（２）といくつかの推進手段（３、９）とを備え、該推進手段が少なくとも１つの軸駆動式機械的プロペラ駆動装置（３）と、該少なくとも１つの軸駆動式プロペラ駆動装置（３）の両側に位置する少なくとも２つの電動アジマス型推進構造（９）とを含む海洋船舶推進システムであって、前記少なくとも１つの軸駆動式機械的プロペラ駆動装置（３）がフェザリング状態に調整可能な可変ピッチ・プロペラ（６）を有し、前記推進システムが２つの作動モード、すなわち通常／巡航速度動作モード及び低速／操船動作モードで駆動されるように配置され、通常／巡航速度動作モードの時、前記少なくとも１つの軸駆動式プロペラ駆動装置（３）及び前記少なくとも２つの電動アジマス型推進構造（９）の両方が前記船舶を動かすために推力を生じさせるようにされ、低速／操船動作モードで２つの電動アジマス型推進構造（９）だけで前記船舶を動かすために推力を生じさせることを特徴とする、海洋船舶推進システム。
2. 前記アジマス型推進構造（９）が、一定ピッチ・プロペラ・システム及び／又は可変ピッチ・プロペラ・システムを備えることを特徴とする、請求項１に記載の海洋船舶推進システム。
3. 前記アジマス型推進構造（９）が、ピストン・エンジン発電機セット（２．１）によって電力が供給される電動機によって電力が供給され、前記軸駆動式プロペラ駆動装置がピストン・エンジン（２．２）に機械的に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の海洋船舶推進システム。
4. 前記軸駆動式プロペラ駆動（３）の前記プロペラ（６）の羽根のピッチ角（Ａ）が、＋８０°〜１００°又は−８０°〜１００°になるように調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載の海洋船舶推進システム。
5. 前記エンジン・システム（２）が、前記軸駆動式プロペラ駆動装置（３）の軸（５）をエンジン（２．２）に連結し非係合位置にシフト可能である係合手段（４）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の海洋船舶推進システム。
6. 海洋船舶の船尾部分に、エンジン・システム（２）といくつかの推進手段（３、９）とを備え、前記エンジン・システム（２）が前記少なくとも１つの軸駆動式機械的プロペラ駆動装置（３）に対する及び／または少なくとも前記軸駆動式プロペラ駆動装置（３）の両側にある前記少なくとも２つの電動アジマス型推進構造（９）に対する推進力を有する海洋船舶推進システムの動作方法であって、前記少なくとも１つの軸駆動式機械的プロペラ駆動装置（３）がフェザリング状態に調整可能な可変ピッチ・プロペラ（６）を有し、前記海洋船舶推進システムが２つの作動モード、すなわち通常／巡航速度動作モード及び低速／操船動作モードで作動され、通常／巡航速度動作モードの時、前記少なくとも１つの軸駆動式プロペラ駆動装置（３）及び前記少なくとも２つの電動アジマス型推進構造（９）の両方が前記船舶を動かすために推力を生じ、低速／操船動作モードで前記軸駆動式プロペラ駆動装置（３）がフェザリング状態に調整され、前記軸駆動式プロペラ駆動装置（３）の前記プロペラ（６）への動力の伝達が止められて前記少なくとも２つのアジマス型推進構造（９）だけで前記船舶を動かすために推力を生じさせることを特徴とする、海洋船舶推進システムの動作方法。
7. 前記軸駆動式機械的プロペラ駆動装置（３）への動力の伝達が、前記エンジン（２．２）が前記軸駆動式機械的プロペラ駆動装置（３）の前記軸（５）から係合解除されることによって止められることを特徴とする、請求項６に記載の海洋船舶推進システムの動作方法。
8. 前記軸駆動式機械的プロペラ駆動装置（３）への動力の伝達が、前記エンジン（２．２）が止められることによって止められることを特徴とする、請求項６に記載の海洋船舶推進システムの動作方法。
9. 低速及び／又は操船動作において、前記軸駆動式プロペラ手段（３）のプロペラのピッチ角（Ａ）が、有利には、＋８０°〜１００°又は−８０°〜１００°になるように調整されることを特徴とする、請求項６に記載の海洋船舶推進システムの動作方法。
10. 前記少なくとも２つのアジマス型推進構造（９）が、１つ又は複数のピストン・エンジン発電機セット（２．１）によって電力が供給される電動機によって電力が供給され、低速／港湾操船動作において、前記ピストン・エンジン発電機セット（２．１）のピストン・エンジンが、アイドル速度よりも速い速度、実質的に、最も効率の良い一定速度で、前記推進構造（９）の消費電力とは実質上独立して動作されることを特徴とする、請求項６に記載の海洋船舶推進システムの動作方法。

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