JPH0574518B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は動力プラントに係り、特に機関の動力
の一部で運転される軸駆動発電システムを備えた
動力プラントに、機関の排ガスエネルギ等を回収
して機関や発電機へ動力を伝達する排ガスタービ
ン等の補助動力源を装備するに際して、高効率な
設備配置と効果的な省エネルギ化を達成する動力
プラントに関する。

［従来の技術］ 一般に動力プラント、殊に舶用の動力プラント
にあつては、省エネルギ化を達成するために種々
の方策が講じられているが、その中に排ガスター
ビンを設備するものが提案されている。

一般的構成としては第３図に示すように、推進
器ａを駆動するための機関ｂから排出される排気
ガスで排ガスタービンｃを駆動させ、その駆動力
を動力伝達系ｄを介して機関ｂの出力軸ｅに伝達
するようになつている。

ところでこのような排ガスタービンｃを利用し
た排ガスエネルギの回収システムにあつては、排
ガスタービンｃの出力軸ｆと機関ｂの出力軸ｅと
の間に排ガスタービンｃを設備するために動力伝
達系ｄを増設する必要がある。また機関ｂの出力
軸ｅが低速回転であるのに対し、排ガスタービン
ｃの出力軸ｆは極めて高い回転速度で駆動されて
いることから減速機ｑの増設が必要となる。更に
機関ｂは捩り振動を生じていることから、この振
動が排ガスタービンｃ側へ伝達されないように振
動を吸収させるための流体継手ｈ等を設けなけれ
ばならない。

従つて排ガスタービンｃの設備のためにイニシ
ヤルコストが極めて高くなるという問題があつ
た。

ところで近年舶用プラントにあつては、第４図
に示すように省エネルギ化を更に推進すべく軸駆
動発電システムを備えたものが実用化されるに至
つている。

軸駆動発電システムは、機関ｂに回転駆動され
その動力を推進器ａへ伝達するための出力回転軸
ｅから歯車列ｉにより動力の一部を取り出して従
動軸ｊに与え、これに連結された発電機ｋを運転
させるものである。

この軸駆動発電システムによれば、従来補機類
を駆動させるために別個独立に必要とされていた
電力源（発電機）を廃止又は削減でき、設備の簡
略化、ランニングコストの低源等を図ることがで
きる。

そしてこのような軸駆動発電システムに排ガス
タービンｃを装着して排ガスエネルギを回収し、
省エネルギ化を達成しようとする提案に、特願昭
52−67788号（特公昭56−14853号参照）がある。
本提案は発電機ｋの機関ｂ側と反対側に、発電機
ｋに直列に排ガスタービンｃを連結して構成され
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで排ガスタービンｃを設備する際には、
上述したように排ガスタービンｃのための動力伝
達系ｄ、減速機ｑ及び振動吸収のために流体継手
ｈ等の設備が要求される（第３図）。

ここで第４図に示した軸駆動発電システムを備
えた動力プラントにあつては排ガスタービンｃを
設備する際、もともと発電機ｋへの振動伝達を防
止するために機関ｂ側との間に配設される弾性継
手ｈ等を排ガスタービンｃに兼用できる利点があ
る。

しかしながら次のような問題点があつた。

発電機ｋの回転速度と排ガスタービンｃの回
転速度は相当異なるためこれら間に減速機ｑを
設ける必要がある。

減速機ｑが介設されることから、発電機ｋ側
と排ガスタービンｃ側とに回転軸ｌ，ｆを夫々
別個に必要とする。

従つて船内へ設備するときにこれら回転軸
ｌ，ｆの芯出し調整作業を余儀なくされ据付作
業を煩雑化させる。

また発電機ｋには機関ｂ側と排ガスタービン
ｃ側とに２本の回転軸ｍ，ｌを設備しなければ
ならない。

発電機ｋと排ガスタービンｃを軸方向に直列
に配置するため設備が長大化する。

以上のように設備上困難な問題がある。ま
た、 発電機ｋと機関ｂ側及び排ガスタービンｃ側
との間には、発電機ｋの危急時にその運転を停
止させるためのクラツチｎ，ｐが介設される。
このため発電機ｋを保護するためにクラツチｐ
を切り離すと、爾後継続して駆動される排ガス
タービンｃからのエネルギ回収を行なえなくな
る。

またクラツチｐを切り離くことによりタービ
ン負荷（発電機ｋ）が消失し、排ガスタービン
ｃが過回転される虞れがある。

以上のように省エネルギ化を達成する上からも
不満足なものと考えられる。

［発明の目的］ 本発明は上述したような問題点に鑑みて創案さ
れたものであり、その目的は機関の排ガスエネル
ギを利用して省エネルギ化を達成することのでき
る動力プラントを提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は機関の出力回転軸から取り出される動
力の一部で運転される発電機と、その発電機の入
力側に設けられ発電機の周波数を制御するために
出力回転数を制御する差動遊星歯車式周波数制御
手段と、その周波数制御手段と上記出力回転軸と
の間に設けられ振動を吸収するための振動吸収手
段と、上記機関の排ガス供給系に接続され出力端
が上記振動吸収手段の出力側で上記周波数制御手
段の入力側に接続された排ガスタービンとから構
成したものである。

［実施例］ 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従つ
て詳述する。

第１図に示すように、１は機関であり、この機
関１には推進器２を駆動するために機関動力を伝
達するための出力回転軸３が連結される。

そしてこの出力回転軸３には、これに設けられ
た歯車４に、機関動力の一部を取り出すための動
力取出歯車５が噛合されて上述したと同様な軸駆
動発電システムが接続される。

この軸駆動発電システムは、主として動力取出
歯車５に連結されて取り出された機関動力の一部
を伝達するための動力伝達系６と、その動力伝達
系６に連結され伝達される動力で運転される発電
機７とから構成される。殊に本発明にあつては発
電機７の入力側となる動力伝達系６には、発電機
７の周波数を制御するために動力取出歯車５側か
らの入力回転数、即ち機関側回転数に対して発電
機７側への出力回転数を制御するための周波数制
御手段８が設けられる。この周波数制御手段８に
ついて述べると、発電機７は一定周波数を得るた
めに定速回転される必要があり、これに対して舶
用機関等は波浪等の外乱により回転数が頻繁に変
動する。このため発電機７と機関１側とを連結す
る動力伝達系６には発電機７の出力回転数を定速
化するように制御し、発電機の周波数を制御する
ために周波数制御手段８が設けられる。この周波
数制御手段は第２図に示すように、差動遊星歯車
機構９と油圧回路系１０とから主に構成される。

差動遊星歯車機構９は内歯歯車１５の外周部に
形成された外歯１１に作動回転入力歯車１２が噛
合される。この入力歯車１２は回転数変動を受け
つつ駆動力を伝達する遊星歯車１３の公転速度を
増減変更させて太陽歯車１４の出力回転数を定速
化させるために、内歯歯車１５を増減速したり正
逆転駆動させるものである。

この内歯歯車１５を作動させる入力歯車１２の
駆動制御は油圧回路系１０によつて行なわれる。
図示されない回転数検出手段によつて検出された
発電機７への出力回転数が検出信号として可変油
圧ポンプ１６の傾転角サーボユニツト（図示せ
ず）に投入される。ここに油圧ポンプ１６は動力
伝達系６から歯車２２を介して動力を与えられて
駆動される構成となつており、サーボユニツトに
より検出信号に応じて正逆運転、吐出油量の制御
が行なわれるようになつている。その結果油圧ポ
ンプ１６から作動油の給排を受けて作動される油
圧モータ１７が制御され入力歯車１２が回転駆動
されるようになつている。

このように構成された周波数制御手段８と、機
関１の出力回転軸３との間、図示例にあつては動
力取出歯車５との間には、機関１側からの捩り振
動を吸収させるために弾性継手等の振動吸収手段
１８が設けられる。

他方、周波数制御手段８の出力側と発電機７と
の間には、動力伝達系６と発電機７の入力軸７ａ
とを接続し切り離すためのクラツチ１９が設けら
れる。以上のように構成された軸駆動発電システ
ムに対し、機関１にはその排気マニホールド１ａ
に連結された排ガス供給系２０を介して補助動力
源たる排ガスタービン２１が接続される。この排
ガスタービン２１は機関１の排ガスエネルギを回
収するものである。

この排ガスタービン２１は上述した周波数制御
手段８に並列に一体的に設備される。

即ち、排ガスタービン２１は周波数制御手段８
の側部に配置されて全体として幅乃至高さ寸法が
増加するも、長手方向寸法が延長されない構成と
なつている。

そしてこの排ガスタービン２１の出力端２１ａ
は振動吸収手段１８の出力側で周波数制御手段８
の入力側に接続される。図示例にあつては出力端
２１ａは、タービン出力軸に設けられた歯車で構
成され、油圧ポンプ１６に動力を与えるための歯
車２２に噛合されて動力伝達系６に接続される。
従つて排ガスタービン２１は機関１側との間に振
動吸収手段１８が介設された構成になつている。
また周波数制御手段８の出力側と発電機７との間
に介設されるクラツチ１９よりも前段で動力伝達
系６に接続され、クラツチ１９の断続に関わら
ず、常に少なくとも機関１側に接続された構成と
なつている。

また排ガスタービン２１はその出力端２１ａ
が、機関１の出力回転軸３の回転速度を増速させ
る動力取出歯車５により比較的高速で回転される
歯車２２に直接噛合される構成となつている。

尚、機関１の排気マニホールド１ａには、機関
への吸入空気を加圧するための排ガスターボ過給
機２３が設けられる。また発電機７には機関１か
らの動力が入力される側と反対側に蒸気タービン
２４が設けられる。蒸気タービン２４は例えば機
関１の排ガス熱で発生させた蒸気で駆動され、そ
の熱を回収して更に省エネルギ化を達成するもの
であるが、本発明にあつては排ガスターボ過給機
２３、蒸気タービン２４の設備は必要不可欠な構
成ではない。

次に作用について述べる。

通常航行時にあつては機関動力はほとんど推進
器２に供給され出力回転軸３から一部が軸駆動発
電システムに供給される。これに際し、本発明に
あつては、機関１の排ガスエネルギ等の排熱を利
用して駆動される排ガスタービン２１等の補助動
力源を備え、回収した排ガスエネルギを排ガスタ
ービン２１から発電機７へ補うことができる。従
つて機関１側から取り出されるべき動力を軽減さ
せて省エネルギ化を達成できる。殊に本発明にあ
つては、排ガスタービン２１の出力端２１ａをク
ラツチ１９前段の周波数制御手段８の入力側に接
続したので、例えば発電機７の危急時クラツチ１
９を切り離すことがあつても排ガスタービン２１
の出力は動力伝達系６から出力回転軸３へと還元
され、機関動力を補うことができ、有効に排ガス
タービン２１の機能を発揮させて十分な省エネル
ギ化を達成できる。またクラツチ１９を切り離し
ても排ガスタービン２１は機関１側に接続されて
いるので無負荷となることはなく、過回転を防止
できる。

他方、動力プラントの設備配置としては排ガス
タービン２１を周波数制御手段８の側部に並行に
配置したことにより設備の長大化を防止してコン
パクトな構成となり、一体的な構造として据付作
業性も向上できる。また従来のように、発電機７
と排ガスタービン２１を直列に設けるためには別
途芯出し作業を要求されるが、本発明の構成によ
れば、排ガスタービン２１は歯車等で周波数制御
手段８の入力側に接続すれば良く、この面からも
設備作業を容易化できる。

他方、発電機７のための振動吸収手段１８を排
ガスタービン用として兼用できるので設備を簡略
化できる。また、排ガスタービン２１の出力端２
１ａを比較的高速回転される周波数制御手段８の
入力側に連結したことにより排ガスタービン２１
の出力軸側に減速機を介設することも必要としな
い。

更に、発電機７は機関１側への入力軸のみを設
備すれば良く、従来のように２軸を必要としな
い。

以上のことから、設備配置上、極れたスペース
セービングと設備の簡略化を達成でき延いてはコ
ストダウンを達成できる。

また振動対策上の観点から、振動吸収手段１８
以降の構成は慣勢質量が大であることが好まし
く、これに対し排ガスタービン２が寄与し得る。
更に常に排ガスタービン出力が補われる動力伝達
系６では、負荷が軽減され、動力取出のための動
力取出歯車５等の歯車系強度を小さくすることも
可能である。

尚、排ガスタービン２１の出力軸には、クラツ
チを設けても良い。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のごとき優れた
効果を発揮する。

(1) 機関の排ガス供給系に接続される排ガスター
ビンの出力端を振動吸収手段と周波数制御手段
との間に接続したので、排ガスタービンの動力
分だけ機関の負荷を軽減することが可能であ
り、有効な省エネルギ化を達成できる。

(2) 排ガスタービンは常に負荷を負う構成である
から、発電機の危急時等にあつても無負荷とな
ることはなく過回転等排ガスタービンの損傷を
防止できる。

(3) 機関の排ガス供給系に接続される排ガスター
ビンの出力端を振動吸収段と周波数制御手段と
の間に接続したので、排ガスタービンを周波数
制御手段と並列に配置でき、装置の長大化を防
止できスペースセービングを達成できる。殊に
舶用設備にあつては長大化による船倉スペース
の削減等を防止でき、極めて有効である。

(4) 排ガスタービンを周波数制御手段との並設に
より、一体的な装置構成とすることができ、ま
た従来における直列配置による発電機と排ガス
タービンの芯出し作業等を排して可及的に据付
作業性を向上できる。

(5) 排ガスタービンを周波数制御手段の入力側に
接続するようにしたので、従来のように発電機
を２軸構成とする必要がなく、コストダウンを
図れる。

(6) 排ガスタービンの出力端を、比較的高速回転
される周波数制御手段の入力側に接続したの
で、減速機等を排して直結でき設備の簡略化を
図れる。

(7) 排ガスタービンの出力端を発電機のための振
動吸収手段の出力側に接続したので、排ガスタ
ービンのために別途振動吸収段の設備を必要と
せずコストダウンを図れる。

(8) 振動吸収手段の出力側で発電機、周波数制御
手段の入力側に排ガスタービンを配置したの
で、動力伝達系の慣性質量を増加させて振動対
策上有利である。

(9) 常に排ガスタービンの出力を機関側に補える
ので、動力の一部を出力回転軸から取り出すた
めの動力取出歯車等の負荷を軽減でき、これら
の強度設計を緩やかなものにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適一実施例を示す系統図、
第２図は要部拡大概略斜視図、第３図及び第４図
は従来例を示す系統図である。 図中、１は機関、３は出力回転軸、７は発電
機、８は周波数制御手段、１８は振動吸収手段、
２１は補助動力源として例示した排ガスタービン
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関の出力回転軸から取り出される動力の一
   部で運転される発電機と、該発電機の入力側に設
   けられ該発電機の周波数を制御するために出力回
   転数を制御する差動遊星歯車式周波数制御手段
   と、該周波数制御手段と上記出力回転軸との間に
   設けられ振動を吸収するための振動吸収手段と、
   上記機関の排ガス供給系に接続され出力端が上記
   振動吸収手段の出力側で上記周波数制御手段の入
   力側に接続された排ガスタービンとを備えたこと
   を特徴とする動力プラント。