专利名称：推进装置及具备其的船舶的制作方法
技术领域：
本发明涉及推进装置及具备其的船舶，特别是涉及传递由燃气轮机和蒸汽轮机得到的旋转能的推进装置。
背景技术：
在船舶中，以节能作为目的而使用如下的复合循环发电方式，即将从柴油发动机排出的废气导入废气节能器而产生蒸汽，将通过该蒸汽而驱动的蒸汽轮机和通过由柴油发动机排出的废气驱动的燃气轮机配置于同轴上，并通过与该轴连接的发电机进行发电。另夕卜，在通过复合循环发电方式得到的电能有富余的情况下，将设置于推进轴的轴发电机作为电动机而使用，由此，使用将电能变换成旋转能而对推进轴施力的推进装置。专利文献I中公开有将通过驱动蒸汽轮机而得到的旋转能经由离合器和减速器向推进轴传递的推进装置。专利文献2中公开有将通过驱动燃气轮机而得到的旋转能经由单向离合器和减速器向推进轴传递的推进装置。专利文献1:(日本)特公昭62 - 34598号公报专利文献2 :(日本)特开平2 — 207139号公报但是，复合循环由于将燃气轮机和蒸汽轮机设于同轴上而进行驱动，因此，需要进行使两轮机的转速同步的控制。作为使该转速同步的控制，在专利文献I中公开的发明中，使用调速器进行控制。在专利文献2中公开的发明中，使用单向离合器进行控制。
但是，在专利文献I的发明中，存在需要调速器及调节阀的控制装置的问题。专利文献2的发明中存在不能根据转速使单向离合器嵌合或脱开(离合)的问题。另外，在现有的推进装置中，由于通过复合循环得到的电能经由电动机变换成旋转能驱动推进轴，因此，存在能量变换产生损失的问题。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而创立的，其目的在于，提供一种减小由燃气轮机和蒸汽轮机得到的旋转能的损失而得到推进力的推进装置及具备其的船舶。为解决上述课题，本发明的推进装置及具备其的船舶采用以下的手段。S卩，本发明第一方式的推进装置具有驱动推进轴的柴油发动机；利用由该柴油发动机排出的废气而产生蒸汽的蒸汽发生装置；利用由该蒸汽发生装置产生的所述蒸汽而被驱动的蒸汽轮机；利用从所述柴油发动机排出的所述废气而被驱动的燃气轮机，其中，所述蒸汽轮机及所述燃气轮机的旋转能经由离合器和变速器向所述推进轴传递。经由离合器和变速器将蒸汽轮机及燃气轮机产生的旋转能机械地向推进轴传递。因此，与通过将蒸汽轮机及燃气轮机产生的旋转能变换成电能并使用该电能驱动推进轴得到推进力的情况相比，可以通过小的能量损失从燃气轮机及蒸汽轮机得到推进力。本发明第一方式的推进装置的所述离合器配置于所述蒸汽轮机及所述燃气轮机与所述变速器之间，并对应根据各所述轮机的转速进行嵌合或脱开。离合器由于对应各轮机的转速进行嵌合或脱开，因此，不需要使两轮机的转速同步。因此，推进装置的控制变得容易。另外，由于不需要同步装置及随附于其的设备，因此，可以消减设置成本。该离合器例如适合使用自动离合离合器(也被称作是同步自换档离合器或SSS离合器)。自动离合离合器在输出轴的转速达到输入轴的转速时，爪啮合嵌合，使输出轴和输入轴结合。在自动离合离合器嵌合进行旋转时，在输出轴的转速比输入轴的转速低的情况下，嵌合自动脱开，进行切开输出轴和输入轴的动作。本发明第二方式的船舶具备所述推进装置。由于通过蒸汽轮机及燃气轮机的旋转能对推进轴施力，因此，可以减少柴油发动机的输出，提高燃料消耗率，因此，可以成为节能效果高的船舶。根据本发明，由于将蒸汽轮机及燃气轮机产生的旋转能经由离合器和变速器机械地向推进装置传递，因此，可以通过小的能量损失从燃气轮机及蒸汽轮机得到推进力。
图1是表示本发明一实施方式的推进装置的配置位置的船舶的纵向剖面图；图2是本发明一实施方式的推进装置的概略构成图。符号说明I推进装置3推进轴5柴油发动机6蒸汽发生装置7蒸汽轮机8燃气轮机10、11 变速器12、13 离合器
具体实施例方式下面，参照
本发明的实施方式。图1表示设置有本实施方式的推进装置的船舶的纵向剖面图。同图中，右侧是船头，左侧是船尾。推进装置I被设置在设于船舶的甲板下的船尾附近的发动机室2内。设置于发动机室2的推进装置I的推进轴3的一端向船外突出，在其前端固定有螺旋桨4。接着，使用图2对图1所示的推进装置I进行具体说明。推进装置I具有柴油发动机5、利用柴油发动机5排出的高温的废气产生蒸汽的蒸汽发生装置6、利用该蒸汽而被驱动的蒸汽轮机7、利用从柴油发动机5排出的废气而被驱动的燃气轮机8、减速器(变速器)IOUU自动离合离合器(离合器)12、13、通过柴油发动机5而被驱动的推进轴3。
柴油发动机5具有增压器14和废气管30A。柴油发动机5与推进轴3的一端直接连结，旋转驱动该推进轴3。在推进轴3的另一端固定有螺旋桨4。柴油发动机5所具备的增压器14具有同轴上设置的涡轮14A和压缩机14B。涡轮14A被导入从柴油发动机5排出的废气而被旋转驱动。当驱动涡轮14A时，同轴上设置的压缩机14B旋转，从而压缩空气，被压缩的空气供给到柴油发动机5。从柴油发动机5和涡轮14A之间分支出废气分支管30D，并与燃气轮机8连接。涡轮14A的下游侧通过废气管30A与后述的废气节能器15连接。蒸汽发生装置6具备废气节能器15和汽水分离器16。废气节能器15在其烟道内具有过热器15A和蒸发器15B。过热器15A和蒸发器15B从下朝向上方依次平行地设置于废气节能器15内。在废气节能器15的烟道内流过高温的废气，该废气经由烟筒(未图不)向大气排出。从汽水分离器16的上部向过热器15A导入蒸汽。从汽水分离器16的下部向蒸发器15B导入水。在汽水分离器16内，将水和蒸汽分离，使水贮存在下部，使蒸汽贮存在上部。从锅炉水循环管33C向汽水分离器16供给水。汽水分离器16内的水通过锅炉水循环泵17被导入废气节能器15内的蒸发器15B。向汽水分离器16导入来自废气节能器15的蒸发器15B的包含水分的蒸汽，使水和蒸汽分离。被分离的蒸汽被导入到废气节能器15内的过热器 15A。蒸汽轮机7具有涡轮7A、轴7B、开关阀20A。涡轮7A通过蒸汽而被旋转驱动，使与涡轮7A连接的轴7B旋转。设于废气节能器15和蒸汽轮机7之间的开关阀20A隔断从废气节能器15内的过热器15A向蒸汽轮机7供给的蒸汽，不需要除开关之外的控制。开关阀20A在柴油发动机5的输出达到50%时为“开”状态。燃气轮机8具有涡轮8A、轴8B、开关阀20B。涡轮8A通过高温的废气旋转驱动，使与涡轮8A连接的轴8B旋转。开关阀20B设于将柴油发动机5和燃气轮机8连接的废气分支管30D上。开关阀20B进行从柴油发动机5向燃气轮机8供给的废气的隔断，不需要除开关之外的控制。通常，开关阀20B为“开”状态。在燃气轮机8的出口侧连接有废气分支管30E。废气分支管30E与连接在增压器14的出口的废气管30A合流，且与废气节能器15连接。减速器10、11具备蒸汽轮机侧减速器10和燃气轮机侧减速器11这两台减速器。蒸汽轮机侧减速器10连接后述的两个自动离合离合器12、13和推进轴3之间。蒸汽轮机侧减速器10由第一级小齿轮10A、第一级大齿轮10B、第二级大齿轮IOC构成，齿数按顺序增加。第二级大齿轮IOC设于推进轴3上。第一级小齿轮IOA在两端具有蒸汽轮机侧自动离合离合器12的输出轴12A和燃气轮机侧自动离合离合器13的输出轴13A。中间齿轮即第一级大齿轮IOB连接第一级小齿轮IOA和第二级大齿轮IOC之间。燃气轮机侧减速器11连接燃气轮机8和燃气轮机侧自动离合离合器13之间。燃气轮机侧减速器11由小齿轮IlA和大齿轮IlB构成。小齿轮IlA设于由燃气轮机8驱动的轴8B上。大齿轮IlB设于燃气轮机侧自动离合离合器13的输入轴13B上。自动离合离合器12、13在蒸汽轮机7侧和燃气轮机8侧具备两个。自动离合离合器12、13也被称作是同步自换档离合器或SSS离合器，在输出轴12A、13A的转速达到输入轴7B、13B的转速时，爪啮合并嵌合，将输出轴12A、13A和输入轴7B、13B结合。自动离合离合器12、13嵌合并旋转时，在输出轴12A、13A的转速比输入轴7B、13B的转速低的情况下，嵌合自动地分离，进行切开输出轴12A、13A和输入轴7B、13B的动作。蒸汽轮机侧自动离合离合器12设置于蒸汽轮机7和蒸汽轮机侧减速器10之间。蒸汽轮机侧自动离合离合器12具有输出轴12A和对蒸汽轮机7驱动的输入轴7B。燃气轮机侧自动离合离合器13配置于蒸汽轮机侧减速器10和燃气轮机侧减速器11之间。燃气轮机侧自动离合离合器13具有输出轴13A和与燃气轮机侧减速器11连接的输入轴13B。接着，说明图2所示的推进装置I的运转要领。当柴油发动机5开始运转时，与柴油发动机5直接连接的推进轴3、螺旋桨4、设于推进轴3上的蒸汽轮机侧减速器10旋转。从柴油发动机5排出的废气经由废气管30A被导入废气节能器15。废气在通过废气节热器15内时，与过热器15A及蒸发器15B进行热交换。蒸发器15B内的水通过与废气进行热交换而成为蒸汽。该蒸汽被导入汽水分离器16，在分离出水分后被导入废气节能器15的过热器15A。过热器15A内的蒸汽通过与废气进行热交换而成为过热蒸汽。过热蒸汽被导入过热蒸汽管30B。被导入过热蒸汽管30B的过热蒸汽经由开关阀20A被供给到蒸汽轮机7的入口侧。蒸汽轮机7通过导入的蒸汽而被旋转驱动。通过蒸汽轮机7旋转，输入轴7B旋转。蒸汽轮机侧自动离合离合器12在由柴油发动机5驱动的蒸汽轮机侧减速器10的输出轴12A成为与由蒸汽轮机7驱动的输入轴7B相同的转速时自动地嵌合。由此，将蒸汽轮机7的旋转能经由蒸汽轮机侧减速器10传递到推进轴3。从柴油发动机5排出的废气在进入增压器14之前被取出一部分导入到废气分支管30D。导入到废气分支管30D的废气经由“开”状态的开关阀20B向燃气轮机8的入口侧供给。燃气轮机8由所供给的废气旋转驱动。通过燃气轮机8旋转，燃气轮机侧减速器11经由轴8B旋转。通过燃气轮机侧减速器11旋转，设于与燃气轮机侧自动离合离合器13之间的输入轴13B旋转。在蒸汽轮机侧自动离合离合器12嵌合后，当被柴油发动机5驱动的蒸汽轮机侧减速器10的输出轴13A成为与连接于燃气轮机侧自动离合离合器13和燃气轮机侧减速器11之间的输入轴13B相同转速时，燃气轮机侧自动离合离合器13自动嵌合。通过燃气轮机侧自动离合离合器13嵌合，蒸汽轮机7、废气涡轮8及推进轴3之间机械地结合。蒸汽轮机侧自动离合离合器12在输出轴12A的转速比输入轴7B的转速低时自动地脱开嵌合，蒸汽轮机侧减速器11和蒸汽轮机7之间成为非连结状态，蒸汽轮机7的旋转能不会传递到推进轴3。同样地，燃气轮机侧自动离合离合器13在输出轴13A的转速比输入轴13B的转速低时自动地脱开嵌合，蒸汽轮机侧减速器10和经由燃气轮机侧减速器11的燃气轮机8之间成为非连结状态，燃气轮机8的旋转能不会传递到推进轴3。如上所述，根据本实施方式的推进装置，实现以下的效果。经由蒸汽轮机侧自动离合离合器12、燃气轮机侧自动离合离合器13、蒸汽轮机侧减速器10、燃气轮机侧减速器11将蒸汽轮机7及燃气轮机8产生的旋转能机械地向推进轴3传递。因此，与将蒸汽轮机7及燃气轮机8产生的旋转能变换为电能并使用该电能驱动推进轴3而得到推进力的情况相比，可以通过小的能量损失从燃气轮机8及蒸汽轮机7得到推进力。蒸汽轮机侧自动离合离合器12和燃气轮机侧自动离合离合器13与各轮机7、8的转速相对应而进行嵌合、脱开(离合)，因此，不需要使两轮机7、8的转速同步。因此，推进装置I的控制变得容易。而且，由于不需要同步装置及随附于其的设备，因此，可以消减设置成本。另外，由于通过蒸汽轮机7及燃气轮机8的旋转能对推进轴3施力，因此，可以减少柴油发动机5的输出而提高燃料消耗率。因此，可以成为节能效率高的船舶。本实施方式中，使用独立的汽水分离器16进行了说明，但本发明不限于此，也可以与锅炉的蒸汽鼓兼用。本实施方式中，作为在柴油发动机5的输出达到50%时将蒸汽轮机7侧的开关阀20A设为“开”状态的控制进行了说明，但本发明不限于此，也可以根据船舶的应用状况在更低输出时设为“开”状态。而且，本实施方式中，对蒸汽轮机侧减速器10作为具备两级齿轮机构的减速器，燃气轮机侧减速器11作为具备一级齿轮机构的减速器进行了说明，但本发明不限于此，只要是减速器即可。
权利要求
1.一种推进装置，具有 柴油发动机，其驱动推进轴； 蒸汽发生装置，其利用由该柴油发动机排出的废气而产生蒸汽； 蒸汽轮机，其利用由该蒸汽发生装置产生的所述蒸汽而被驱动； 燃气轮机，其利用从所述柴油发动机排出的所述废气而被驱动，其中， 所述蒸汽轮机及所述燃气轮机的旋转能经由离合器和变速器向所述推进轴传递。
2.如权利要求1所述的推进装置，其中，所述离合器配置于所述蒸汽轮机及所述燃气轮机与所述变速器之间，并对应所述蒸汽轮机及所述燃气轮机的转速进行嵌合或脱开。
3.一种船舶，具备权利要求1或2所述的推进装置。
全文摘要
本发明的目的在于，提供一种减小由燃气轮机和蒸汽轮机得到的旋转能的损失而得到推进力的推进装置及具备其的船舶。推进装置(1)具有驱动推进轴(3)的柴油发动机(5)、利用由柴油发动机(5)排出的废气而产生蒸汽的蒸汽发生装置(6)、通过由蒸汽发生装置(6)产生的蒸汽驱动的蒸汽轮机(7)、通过从柴油发动机(5)排出的废气驱动的燃气轮机(8)，其中，蒸汽轮机(7)及燃气轮机(8)的旋转能经由离合器(12、13)和变速器(10、11)向推进轴(3)传递。
文档编号B63H21/06GK103052769SQ20108006846
公开日2013年4月17日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者市来芳弘, 白石启一 申请人:三菱重工业株式会社