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JP5818459B2 - 蒸気タービン駆動機、並びに、蒸気タービン駆動機を備えた船舶及びガス液化装置 - Google Patents

蒸気タービン駆動機、並びに、蒸気タービン駆動機を備えた船舶及びガス液化装置 Download PDF

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Description

本発明は、２つの駆動軸を有する蒸気タービン駆動機、並びに、蒸気タービン駆動機を備えた船舶及びガス液化装置に関するものである。
船舶のプロペラを回転させる蒸気タービンとして、ボイラから導かれた過熱蒸気が供給されて回転する高圧タービンと、高圧タービンから排気された過熱蒸気が供給されて回転する低圧タービンとを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。この舶用蒸気タービンは、高圧タービンと低圧タービンが船幅方向に並んで配置されており、これらタービンから得られたそれぞれの回転出力を減速機によって結合し、１つのプロペラを回転させる。
船舶の大型化などにより、プロペラを回転させる出力軸の２軸化が要求された場合、特許文献１に記載された蒸気タービンを適用しようとすると、出力軸ごとに高圧タービンおよび低圧タービンが必要となる。しかし、機関室には設置スペース（特に船幅方向）に制約があり、設置することが困難である。
したがって、船舶の２軸化が要求された場合には、低速ディーゼル主機直結方式や電動モーター推進方式が主として採用される。
このような蒸気タービンの設置スペースの問題を解決するために、下記特許文献２に記載された蒸気タービンが提案されている。この蒸気タービンは、高圧タービン及び低圧タービンを船幅方向に並べて配置し、一方の出力軸を高圧タービンで駆動するとともに、他方の出力軸を低圧タービンで駆動することで、設置スペースの増大を回避している。
しかし、高圧タービンから排出された過熱蒸気によって低圧タービンを駆動する過熱蒸気の単一フロー形式を採用しているので、高圧タービン出力と低圧タービン出力の不均衡が不可避的に生じる。これを解決するために、同文献に記載された蒸気タービンは、各出力軸に軸発電機や電動機を設けて互いに電気的に接続することで、それぞれの出力の不均衡を解消している。
特開２００６−１７００７号公報（［００２７］，図１） 特開２００９−５６８６８号公報
特許文献２に記載された蒸気タービンは、各出力軸の出力アンバランスを解消できる点で優れているが、軸発電機や電動機を設ける必要があり、施設の複雑化やコストの増大を招いてしまう。
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、設置スペースの増大を招かずに２軸化を図った上で、簡便な構成によって２つの出力軸を独立に駆動できる蒸気タービン駆動機、並びに、蒸気タービン駆動機を備えた船舶及びガス液化装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の蒸気タービン駆動機、並びに、蒸気タービン駆動機を備えた船舶及びガス液化装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる蒸気タービン駆動機は、蒸気が供給されて駆動される高圧側タービンと、該高圧側タービンによって駆動される第１駆動軸と、前記高圧側タービンから排気された蒸気が供給されて駆動される低圧側タービンと、該低圧側タービンによって駆動される第２駆動軸とを備えた蒸気タービン駆動機であって、前記高圧側タービンから排気されて前記低圧側タービンに供給される蒸気の圧力を制御する圧力制御手段を備えていることを特徴とする。
蒸気タービン駆動機は、高圧側タービンによって駆動される第１駆動軸と、高圧側タービンから排気された蒸気が供給されて駆動される低圧側タービンによって駆動される第２駆動軸とを採用することとし、蒸気の単一フローによって２軸化を図ることで、設置スペースの増大を招かずに２軸化を実現する。
そして、高圧側タービンから排気されて低圧側タービンに供給される蒸気の圧力を制御する圧力制御手段を備えることとし、低圧側タービンに流入する蒸気の圧力を、高圧側タービンの運転条件に影響を受けずに設定できることとした。これにより、高圧側タービンの出力と低圧側タービンの出力を独立して制御することができる。このように、圧力制御手段を追加するという簡便な構成で２軸の独立制御が実現できる。
なお、高圧側タービンとしては、ボイラから高圧過熱蒸気が導かれて駆動される高圧タービンを１つ備えた構成や、この高圧タービンに加えて、高圧タービンからの排気蒸気をボイラで再熱して得られた過熱蒸気によって駆動される中圧タービンを備えた構成が含まれる。
また、蒸気タービン駆動機の各駆動軸の出力は、例えば、船舶のプロペラ駆動用に用いられてもよいし、ガスを液化するための圧縮機の動力として用いられてもよいし、あるいは、発電機の駆動用として用いられてもよい。
さらに、本発明の蒸気タービン駆動機では、前記圧力制御手段は、前記高圧側タービンから排気された蒸気の一部を分岐して復水器へと導く蒸気ダンプ経路と、該蒸気ダンプ経路を流れる蒸気を減圧する減圧弁と、前記低圧側タービンへと流れる蒸気が所定圧力となるように前記減圧弁を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
高圧側タービンから排気された蒸気の一部を、蒸気ダンプ経路を介して復水器へと導くことにより、低圧側タービンへと導かれる蒸気の圧力を減じる。この際に、蒸気ダンプ経路を流れる蒸気を減圧する減圧弁を制御部によって制御し、低圧側タービンへと流れる蒸気の圧力を所定値とする。これにより、高圧側タービンの排気圧力に関わらず、低圧側タービンの入口蒸気圧を独立に制御することができる。
さらに、本発明の蒸気タービン駆動機では、前記低圧側タービンには、前記高圧側タービンの排気系統とは異なる別系統から導かれる蒸気が供給されることを特徴とする。
低圧側タービンに対して、別系統の過熱蒸気を供給することとして、低圧側タービンの出力増大を図る。これにより、高圧側タービンとは独立して出力の加減ができるので、低圧側タービンを安定して制御することができる。
別系統から導かれる蒸気としては、例えば、ボイラ緩熱蒸気ラインから導かれるユーティリティ蒸気が挙げられる。これにより、主タービン系から独立させることができ、さらなる安定運用が期待できる。
さらに、本発明の蒸気タービン駆動機では、前記低圧側タービンは、前記高圧側タービンから供給される過熱蒸気に対して並列に設けられた第１低圧タービンおよび第２低圧タービンの２つの低圧タービンから構成され、前記第１低圧タービンのみに対して、前記別系統から蒸気が供給されることを特徴とする。
低圧側タービンを２つの低圧タービンに分け、一方の第１低圧タービンにのみに対して、別系統から蒸気を供給することとした。これにより、低圧側タービンの制御性が向上する。
さらに、本発明の蒸気タービン駆動機では、前記第１低圧タービンの入口側と前記高圧側タービンの排気側とを接続する蒸気供給経路には、該第１低圧タービンから該高圧側タービン側への蒸気の逆流を防止する逆止弁が設けられていることを特徴とする。
第１低圧タービンに別系統からの蒸気が供給されるので、高圧側タービンから排気される過熱蒸気の圧力条件によっては（すなわち圧力制御手段の設定圧力値によっては）、別系統から供給される蒸気の圧力が相対的に大きくなり、第１低圧タービンから高圧側タービン側へと蒸気が逆流するおそれがある。そこで、この逆流を防止するために逆止弁を設けることとし、安定的な運転を実現する。
また、本発明の船舶は、上記のいずれかに記載の蒸気タービン駆動機と、前記第１駆動軸によって回転駆動される第１プロペラと、前記第２駆動軸によって回転駆動される第２プロペラとを備えていることを特徴とする。
上述した蒸気タービン駆動機を用いて、２軸を独立に駆動できる蒸気タービン駆動機を用いて２つのプロペラを有する二軸船を実現することができるので、設置性およびコスト的に有利な船舶を提供することができる。
なお、高圧側タービンおよび低圧側タービンは、前進用タービンだけでなく後進用タービンにも適用することができる。
また、本発明のガス液化装置は、上記のいずれかに記載の蒸気タービン駆動機と、前記第１駆動軸によって回転駆動される第１圧縮機と、前記第２駆動軸によって回転駆動される第２圧縮機と、前記第１圧縮機によって圧縮された冷媒を膨張させて冷熱を得る第１冷熱出力部と、前記第２圧縮機によって圧縮された冷媒を膨張させて冷熱を得る第２冷熱出力部とを備え、前記第１冷熱出力部および前記第２冷熱出力部によって液化ガスを冷却して液化することを特徴とする。
２軸を独立に駆動できる蒸気タービン駆動機を用いて、２台の圧縮機を独立に駆動し、２つの膨張サイクルを得ることで液化ガスを液化することとした。これにより、設置性およびコスト的に有利なガス液化装置を提供することができる。
高圧側タービンから排気されて低圧側タービンに供給される過熱蒸気の圧力を制御する圧力制御手段を備えることとしたので、簡便な構成で、高圧側タービンの出力と低圧側タービンの出力を独立して制御することができる。
本発明の第１実施形態にかかる蒸気タービン駆動機を示した概略構成図である。 本発明の第２実施形態にかかる蒸気タービン駆動機を示した概略構成図である。 本発明の蒸気タービン駆動機をガス液化装置に適用した例を示した概略構成図である。 既存の一軸船からＦＳＲＵへ改造した場合に、本発明の蒸気タービン駆動機を適用した例を示した概略構成図である。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、プロペラを２つ備えた二軸船に用いられる蒸気タービン駆動機１Ａが示されている。蒸気タービン駆動機１Ａは、右舷機３と左舷機５を備えている。
右舷機３は、前進用高圧タービン（高圧側タービン）７と後進用タービン９とを備えている。
前進用高圧タービン７には、図示しない舶用ボイラから高圧過熱蒸気とされた主駆動蒸気が主蒸気配管８を介して導かれるようになっている。主蒸気配管８には、図示しない制御部によって開度制御が行われる主蒸気弁１０が設けられており、これにより高圧タービン７の出力が制御されるようになっている。主蒸気弁１０は、前進の時に開度調整が行われ、後進の際には全閉とされる。
後進用タービン９には、後進時に、図示しない舶用ボイラから高圧過熱蒸気とされた主駆動蒸気が導かれるようになっている。
前進用高圧タービン７及び後進用タービン９は、同一の第１駆動軸４上に取り付けられており、その出力は減速機２０を介して減速された後に、スラスト軸受２２に支持されたプロペラ軸２４へと伝達される。プロペラ軸２４の先端には、図示しない右舷側プロペラが取り付けられており、船舶に対して推進力を与える。
左舷機５は、前進用第１低圧タービン（低圧側タービン）１１と、前進用第２低圧タービン（低圧側タービン）１３と、後進用タービン１５とを備えている。これら前進用第１低圧タービン１１、前進用第２低圧タービン１３及び後進用タービン１５は、同一の第２駆動軸１４上に取り付けられており、その出力は減速機２１を介して減速された後に、スラスト軸受２３に支持されたプロペラ軸２５へと伝達される。プロペラ軸２５の先端には、図示しない左舷側プロペラが取り付けられており、船舶に対して推進力を与える。
前進用第１低圧タービン１１と後進用第２低圧タービンとは、差し向かいとなるように同軸上に設置されており、膨張プロセスが並列となっている。
前進用高圧タービン７の排気側には、排気蒸気管２７が接続され、さらにその下流側には、前進用第１低圧タービン１１の蒸気入口へと接続される第１供給配管２９と、前進用第２低圧タービン１３の入口へと接続される第２供給配管３１と、図示しない復水器へと接続される蒸気ダンプ配管（蒸気ダンプ経路）３３とが接続されている。蒸気ダンプ配管３３には、全閉から全開までの範囲で開度調整が可能とされた減圧弁３５が設けられている。減圧弁３５の開度は、図示しない制御部によって制御される。これら蒸気ダンプ配管３３、減圧弁３５及び減圧弁３５を制御する制御部によって、各低圧タービン１１，１３に供給される過熱蒸気の圧力を制御する圧力制御手段が構成される。
前進用第１低圧タービン１１の蒸気入口には、低圧駆動蒸気配管３７が接続されており、ボイラ緩熱蒸気ラインから導かれるユーティリティ蒸気とされた低圧駆動蒸気が供給されるようになっている。低圧駆動蒸気配管３７には、図示しない制御部によって開度調整が行われる低圧駆動蒸気弁３８が設けられている。したがって、前進用第１低圧タービン１１は、前進用高圧タービン７から排気された蒸気に加え、低圧駆動蒸気配管３７からの低圧駆動蒸気が供給されるようになっている。
上記構成の蒸気タービン駆動機１Ａは、以下のように動作する。
舶用ボイラから高圧過熱蒸気とされた主駆動蒸気が前進用高圧タービン７に供給され、前進用高圧タービン７が回転駆動される。これにより、第１駆動軸４及び減速機２０を介してプロペラ軸２４が駆動され、右舷側プロペラが回転して前進推力を発生する。右舷側プロペラの出力は、主蒸気弁１０の開度によって調整される。
前進用高圧タービン７から排気された過熱蒸気は、排気蒸気管２７を流れ、並列に設けられた第１供給配管２９及び第２供給配管３１を流れる。第１供給配管２９を流れた過熱蒸気は、前進用第１低圧タービン１１へと導かれ、前進用第１低圧タービン１１を回転駆動する。同様に、第２供給配管３１を流れた過熱蒸気は、前進用第２低圧タービン１３へと導かれ、前進用第２低圧タービン１３を回転駆動する。
このように各低圧タービン１１，１３へ供給される過熱蒸気の圧力は、蒸気ダンプ配管３３に設けた減圧弁３５によって調整される。すなわち、減圧弁３５の開度を大きくすることにより、蒸気ダンプ配管３３を通り復水器へと導かれる蒸気量が増大するので、各低圧タービン１１，１３へ導かれる過熱蒸気の圧力が下がり、これとは逆に、減圧弁３５の開度を小さくすることにより、蒸気ダンプ配管３３を通り復水器へと導かれる蒸気量が減少するので、各低圧タービン１１，１３へ導かれる過熱蒸気の圧力が上がる。この減圧弁３５の開度制御は、図示しない制御部によって行われ、左舷側プロペラに必要な推力に応じて調整される。
前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３が回転駆動されると、第２駆動軸１４及び減速機２１を介してプロペラ軸２５が駆動され、左舷側プロペラが回転して前進推力を発生する。左舷側プロペラの出力は、上述したように、減圧弁３５の開度によって調整される。
左舷側プロペラの出力が不足する場合には、低圧駆動蒸気配管３７から導かれる低圧駆動蒸気を前進用第１低圧タービン１１へと供給する。供給される低圧駆動蒸気の圧力は、低圧駆動蒸気弁３８によって制御される。
前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３を回転駆動させて仕事を終えた蒸気は、排気蒸気として復水器へと導かれる。
後進時には、主駆動蒸気が各後進用タービン９，１５へ供給され、これらタービン９，１５を回転駆動する。これにより、右舷側プロペラおよび左舷側プロペラが逆方向に回転し、後進推力を発生する。各後進用タービン９．１５を回転駆動させて仕事を終えた蒸気は、排気蒸気として復水器へと導かれる。
以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
前進用高圧タービン７によって駆動される第１駆動軸４と、高圧タービン７から排気された蒸気が供給されて駆動される前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３によって駆動される第２駆動軸１４とを採用することとし、蒸気の単一フローによって２軸化を図ることで、設置スペースの増大を招かずに２軸化を実現できる。
そして、前進用高圧タービン７から排気されて前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３に供給される蒸気の圧力を制御するために、蒸気ダンプ配管３３及び減圧弁３５を備えることとした。これにより、前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３に流入する蒸気の圧力を、前進用高圧タービン７の運転条件に影響を受けずに設定できる。したがって、前進用高圧タービン７の出力と、前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３との出力を独立して制御することができる。このように、蒸気ダンプ配管３３、減圧弁３５及び減圧弁を制御する制御部を追加するという簡便な構成で２軸の独立制御が実現できる。
前進用高圧タービン７の排気蒸気が導かれる第１供給配管２９及び第２供給配管３１とは異なる別系統の過熱蒸気供給系統として、低圧駆動蒸気配管３７から低圧駆動蒸気を供給することとした。これにより、前進用高圧タービン７に導かれる主蒸気系統とは独立して、前進用第１低圧タービン１１の出力増大を図ることができる。これにより、前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３によって駆動される左舷機５を安定して制御することができる。
また、低圧側タービンを２つの低圧タービン（前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３）に分け、一方の前進用第１低圧タービン１１にのみに対して、低圧駆動蒸気配管３７から蒸気を供給することとした。これにより、低圧側タービン（前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３）の制御性が向上する。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図２を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態の構成をさらに発展させたものである。したがって、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態の蒸気タービン駆動機１Ｂの右舷機５には、前進用高圧タービン７と同じ第１駆動軸４に取り付けられた前進用中圧タービン４０が設けられている。これら前進用高圧タービン７及び前進用中圧タービン４０によって、高圧側タービンが構成されている。前進用中圧タービン４０は、前進用高圧タービン７からの排気蒸気を再熱器４２により再加熱して得られた過熱蒸気によって駆動される。具体的には、高圧タービン７の排気側の排気蒸気管２７からバイパス配管４４が分岐され、このバイパス配管４４によって一部の排気蒸気が再熱器４２に導かれて再加熱され、再熱蒸気供給管４６によって前進用中圧タービン４０へと再熱蒸気が導かれる。再熱器４２へとバイパスされる蒸気流量は、前進用高圧タービン７側の排気蒸気管２７に設けたバイパス弁４９の開度調整によって決定される。バイパス弁４９の開度は、第１制御部５２に与えられた所定の関数に基づいて制御される。例えば、符号５２で示した図形に示されているように、前進回転数（RPM（AHEAD））が低い場合はバイパス弁４９の開度を大きくして再熱器４２側にバイパスする蒸気流量を減少させ、前進回転数が高い場合はバイパス弁４９の開度を小さくして再熱器４２側にバイパスする蒸気流量を増大させる。なお、再熱器４２は、一般的に、図示しない舶用ボイラの一部として構成される。
第１制御部５２は、主蒸気弁１０も制御する。例えば、符号２２で示した図形に示されているように、前進回転数（RPM（AHEAD））の回転数の増大に応じて開度が大きくなるように、すなわちスロットルを与えるようになっている。
前進用中圧タービン４０から排気された過熱蒸気は、排気蒸気管４８を通り、合流点５０にて前進用高圧タービン７から導かれた排気蒸気と合流する。合流した後の合流排気蒸気管５４から、蒸気ダンプ配管３３へ分岐し、さらに、並列に接続された第１供給配管２９及び第２供給配管３１へと分岐する点は第１実施形態と同様である。
合流排気蒸気管５４には、蒸気ダンプ配管３３に設けた減圧弁３５によって減圧された蒸気圧力を計測するための圧力センサ５６が設けられている。この圧力センサ５６も、本発明の圧力制御手段の一部を構成する。圧力センサ５６によって計測された計測圧力値ＰＶは、第２制御部５８へと送られる。第２制御部５８では、外部から与えられた設定圧力値ＳＶと計測圧力値ＰＶとを比較し、設定圧力値ＳＶとなるように例えばＰＩＤ制御によって減圧弁３５に指令値ＯＰを出力する。減圧弁３５は、この指令値ＯＰに基づいて、その開度が制御される。
減圧弁３５を通過して減圧された後のダンプ蒸気は、復水器６０へと導かれる。
以上のように圧力制御された後の過熱蒸気が、第１供給配管２９及び第２供給配管３１を介して、それぞれ、前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３へと導かれる。この点は、第１実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第１供給配管２９に逆止弁６２が設けられている。この逆止弁６２は、前進用第１低圧タービン１１から高圧側タービン側（前進用高圧タービン７及び前進用中圧タービン４０）への蒸気の逆流を防止するものである。
前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３にて仕事を終えた蒸気は、復水器６０へと導かれる。
低圧駆動蒸気配管３７には、ユーティリティ蒸気圧力を一定に制御する減圧弁６４が設けられている。減圧弁６４を通過した低圧駆動蒸気は、分岐点６６にて分岐した後に低圧駆動蒸気弁３８へと導かれる。低圧駆動蒸気弁３８は、第３制御部６８によって、その開度が制御される。具体的には、前進回転数（RPM（AHEAD））が増大するに従い、その開度が増大するようになっている。これにより、低圧側タービン（前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３）の出力不足を主蒸気とは独立して補うようになっている。低圧駆動蒸気弁３８は、前進の際には上述のように開度制御されるが、後進の際には全閉とされる。
さらに、本実施形態では、第１実施形態では共に主蒸気によって駆動されていた後進用タービン９，１５に代えて、右舷側の高圧後進タービン７０と、この高圧後進タービン７０の排気蒸気によって駆動される低圧後進タービン７２とを採用している。
高圧後進タービン７０は、主蒸気配管８から分岐した後進用主蒸気配管７４から導かれた主蒸気によって回転駆動される。
後進用主蒸気配管７４には、主蒸気弁７６が設けられており、第４制御部７８によって、その開度が制御される。主蒸気弁７６は、後進の際に開度制御が行われ、前進の際には全閉とされる。
高圧後進タービン７０から排気された過熱蒸気は、後進用の排気蒸気管７８を通り、蒸気ダンプ配管８０へと分岐する。蒸気ダンプ配管８０には、減圧弁８２が設けられている。
後進用の排気蒸気管７８には、減圧弁８２によって減圧された蒸気圧力を計測するための圧力センサ８４が設けられている。圧力センサ８４によって計測された計測圧力値ＰＶは、第５制御部８６へと送られる。第５制御部８６では、外部から与えられた設定圧力値ＳＶと計測圧力値ＰＶとを比較し、設定圧力値ＳＶとなるように例えばＰＩＤ制御によって減圧弁８２に指令値ＯＰを出力する。減圧弁８２は、この指令値ＯＰに基づいて、その開度が制御される。
このように、後進用の蒸気ダンプ配管８０、減圧弁８２、圧力センサ８４及び第５制御部８６は、本発明の圧力制御手段を構成する。
減圧弁８２を通過して減圧された後のダンプ蒸気は、復水器６０へと導かれる。
蒸気ダンプ配管８０へと分岐せずに後進用の排気蒸気管７８を流れた過熱蒸気は、供給配管８８を通過して、低圧後進タービン７２へと導かれる。排気蒸気管７８には、低圧蒸気弁９０が設けられている。この低圧蒸気弁９０は、第６制御部９２によって、その開度が制御されるようになっている。例えば、符号９２で示した図形に示されているように、後進回転数（RPM（ASTERN））の回転数の増大に応じて開度が大きくなるように、すなわちスロットルを与えるようになっている。
低圧駆動蒸気配管３７の分岐点６６から分岐して、合流点９４にて後進用の供給配管８８に合流する後進用の低圧駆動蒸気管９６が設けられている。この低圧駆動蒸気管９６には、後進用の低圧駆動蒸気弁９８が設けられている。低圧駆動蒸気弁９８は、第６制御部９２によって、その開度が制御される。例えば、符号９２で示した図形に示されているように、後進回転数（RPM（ASTERN））の回転数が低い場合は全閉とされ、所定の回転数を超えた場合に、出力増大を図るように開度が漸次増大するようになっている。
なお、後進用の低圧蒸気弁９０及び低圧駆動蒸気弁９８は、前進の際には全閉とされる。
上記構成の蒸気タービン駆動機１Ｂは、以下のように動作する。
前進の際には、後進用の主蒸気弁７６、低圧蒸気弁９０及び低圧駆動蒸気弁９８は、全閉とされる。
そして、舶用ボイラから高圧過熱蒸気とされた主駆動蒸気が前進用高圧タービン７に供給され、前進用高圧タービン７が回転駆動される。これにより、第１駆動軸４及び減速機２０を介してプロペラ軸２４が駆動され、右舷側プロペラが回転して前進推力を発生する。右舷側プロペラの出力は、第１制御部５２によって制御される主蒸気弁１０の開度によって調整される。
前進用高圧タービン７から排気された過熱蒸気は、排気蒸気管２７を流れ、第１制御部５２によって制御されるバイパス弁４９の開度に応じて、一部がバイパス配管４４へと分岐され、残部が排気蒸気管２７の下流側へと流れる。バイパス配管４４を流れた過熱蒸気は、再熱器４２にて再加熱されて再熱蒸気となり、再熱蒸気供給管４６を通り前進用中圧タービン４０へと導かれる。前進用中圧タービン４０を回転駆動させて仕事を終えた過熱蒸気は、排気蒸気管４８を通り、合流点５０にて前進用高圧タービン７から導かれた排気蒸気と合流する。そして、過熱蒸気は、並列に設けられた第１供給配管２９及び第２供給配管３１を流れる。第１供給配管２９及び逆止弁２９を流れた過熱蒸気は、前進用第１低圧タービン１１へと導かれ、前進用第１低圧タービン１１を回転駆動する。同様に、第２供給配管３１を流れた過熱蒸気は、前進用第２低圧タービン１３へと導かれ、前進用第２低圧タービン１３を回転駆動する。
このように各低圧タービン１１，１３へ供給される過熱蒸気の圧力は、蒸気ダンプ配管３３に設けた減圧弁３５によって調整される。すなわち、圧力センサ５６の計測圧力値ＰＶに基づいて制御する第２制御部５８によって、設定圧力値ＳＶとなるように減圧弁３５の開度が調整される。具体的には、減圧弁３５の開度を大きくすることにより、蒸気ダンプ配管３３を通り復水器６０へと導かれる蒸気量が増大するので、各低圧タービン１１，１３へ導かれる過熱蒸気の圧力が下がり、これとは逆に、減圧弁３５の開度を小さくすることにより、蒸気ダンプ配管３３を通り復水器へと導かれる蒸気量が減少するので、各低圧タービン１１，１３へ導かれる過熱蒸気の圧力が上がる。ここで、第２制御部５８に与える設定圧力値ＳＶは、可変としておき、無駄に蒸気をダンプしないようにしておくことが好ましい。
前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３が回転駆動されると、第２駆動軸１４及び減速機２１を介してプロペラ軸２５が駆動され、左舷側プロペラが回転して前進推力を発生する。左舷側プロペラの出力は、上述したように、減圧弁３５の開度によって調整される。
左舷側プロペラの出力が不足する場合には、低圧駆動蒸気配管３７から導かれる低圧駆動蒸気を前進用第１低圧タービン１１へと供給する。供給される低圧駆動蒸気の圧力は、第３制御部６８によって制御される低圧駆動蒸気弁３８によって調整される。
前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３を回転駆動させて仕事を終えた蒸気は、排気蒸気として復水器６０へと導かれる。
後進時には、前進用の主蒸気弁１０、低圧駆動蒸気弁３８が全閉とされる。
後進時は、前進時と同様の動作を行うので、その説明を省略する。すなわち、主駆動蒸気によって高圧後進タービン７０が駆動され、高圧後進タービン７０の排気蒸気によって低圧後進タービン７２が駆動される点や、蒸気ダンプ配管８０、減圧弁８３、圧力センサ８４及び第５制御部８６によって圧力制御する点、低圧駆動蒸気弁９８によって調整された低圧駆動蒸気によって低圧後進タービン７２がアシスト駆動される点は、前進の場合の同様である。
以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
前進用高圧タービン７及び前進用中圧タービン４０によって駆動される第１駆動軸４と、高圧タービン７から排気された蒸気が供給されて駆動される前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３によって駆動される第２駆動軸１４とを採用することとし、蒸気の単一フローによって２軸化を図ることで、設置スペースの増大を招かずに２軸化を実現できる。
そして、前進用高圧タービン７及び前進用中圧タービン４０から排気されて前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３に供給される蒸気の圧力を制御するために、蒸気ダンプ配管３３及び減圧弁３５を備えることとした。これにより、前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３に流入する蒸気の圧力を、前進用高圧タービン７の運転条件に影響を受けずに設定できる。したがって、前進用高圧タービン７の出力と、前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３との出力を独立して制御することができる。このように、蒸気ダンプ配管３３、減圧弁３５及び減圧弁を制御する制御部を追加するという簡便な構成で２軸の独立制御が実現できる。
また、後進タービン７０，７２についても前進用と同様に、低圧後進タービン７２に供給される蒸気の圧力を制御するために、蒸気ダンプ配管８０及び減圧弁８２を備えることとし、前進用と同様の作用効果を得るようにした。
前進用高圧タービン７及び前進用中圧タービン４０の排気蒸気が導かれる第１供給配管２９及び第２供給配管３１とは異なる別系統の過熱蒸気供給系統として、低圧駆動蒸気配管３７から低圧駆動蒸気を供給することとした。これにより、前進用高圧タービン７及び前進用中圧タービン４０に導かれる主蒸気系統とは独立して、前進用第１低圧タービン１１の出力増大を図ることができる。これにより、前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３によって駆動される左舷機５を安定して制御することができる。
また、低圧側タービンを２つの低圧タービン（前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３）に分け、一方の前進用第１低圧タービン１１にのみに対して、低圧駆動蒸気配管３７から蒸気を供給することとした。これにより、低圧側タービン（前進用第１低圧タービン１１及び前進用第２低圧タービン１３）の制御性が向上する。
さらに、第１低圧タービン１１に供給される低圧駆動蒸気が、高圧側タービン７，４０から排気される過熱蒸気の圧力条件によっては（すなわち第２制御部５８の設定圧力値ＳＶによっては）、低圧駆動蒸気の圧力が相対的に大きくなり、第１低圧タービン１１から高圧側タービン７，４０側へと蒸気が逆流するおそれがあるので、第１供給配管２９に逆止弁６２を設けることとした。これにより、安定的な運転が実現される。
［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態について、図３を用いて説明する。第１実施形態及び第２実施形態では、蒸気タービン駆動機１Ａ，１Ｂを二軸船へ適用することを前提としたが、本実施形態は、蒸気タービン駆動機の他の用途として、ガス液化装置１００について示している。
ガス液化装置１００は、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）等の液化ガスの原料となる天然ガス（ＮＧ）を冷却して液化するものである。ガス液化装置１００は、上述した蒸気タービン駆動機１Ａ，１Ｂを、冷凍サイクルを構成する圧縮機の駆動源とする。なお、同図において、蒸気タービン駆動機１Ａ，１Ｂが概略的に示されているが、高圧側タービン１０２、低圧側タービン１０３、圧力制御手段（図示せず）、低圧駆動蒸気によるアシスト駆動（図示せず）、第１駆動軸１０５及び第２駆動軸１０７については、第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成とされている。
ガス液化装置１００は、第１駆動軸１０５によって回転駆動される第１圧縮機１０９と、第２駆動軸１０７によって回転駆動される第２圧縮機１１１とを備えている。各圧縮機１０９，１１１は、それぞれ、駆動軸１０５，１０７によって回転駆動される同軸上に設けられた二段圧縮部を備えており、圧縮後の冷媒（例えば窒素）は、図示しない冷凍サイクルへと導かれる。
図示しない冷凍サイクルでは、第１圧縮機１０９によって圧縮された冷媒を膨張させて冷熱を得る第１冷熱出力部と、第２圧縮機１１１によって圧縮された冷媒を膨張させて冷熱を得る第２冷熱出力部とが設けられている（いわゆるダブルエクスパンジョンサイクル（double expansion cycle））。そして、第１冷熱出力部および第２冷熱出力部によって、ＬＮＧの原料となる天然ガスなどが冷却されて液化されるようになっている。
本実施形態のように、２つの膨張部を有する冷凍サイクルを実現するために、２軸を独立して制御することができる蒸気タービン駆動機１Ａ，１Ｂを適用することで、設置性およびコスト的に有利なガス液化装置を提供することができる。また、各駆動軸を独立に制御できるので、一方の圧縮機を高圧用、他方の圧縮機を低圧用とすることができ、高効率な液化を実現することができる。
［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態について、図４を用いて説明する。第１実施形態及び第２実施形態では、蒸気タービン駆動機１Ａ，１Ｂを二軸船へ適用することを前提としたが、本実施形態は、蒸気タービン駆動機の他の用途として、船舶の推進装置として用いられた蒸気タービン駆動機を、発電用の駆動機として変換する例を示したものである。
既存の１軸の蒸気タービン船には、蒸気タービン駆動機の出力先、すなわち各駆動軸２０５，２０７の出力側に、減速機、プロペラ軸等で構成される出力機構部２０１が設けられている。このような蒸気タービン船を、FSRU（Floating Storage and Regasification Unit）のような推進器を必要としない浮体に変更する場合、出力機構部２０１が不要となる。
そこで、本実施形態では、出力機構部２０１を取り外し、第１実施形態及び第２実施形態と同様の蒸気タービン駆動機１Ａ，１Ｂに改造する。具体的には、既存の高圧側タービン２０２と低圧側タービン２０３との間に、蒸気ダンプ配管３３、減圧弁３５等の圧力制御手段と、ユーティリティ蒸気等の低圧駆動蒸気を導くための低圧駆動蒸気配管３７や低圧駆動蒸気弁３８等のアシスト駆動系とを追設する。そして、第１駆動軸２０５及び第２駆動軸２０７のそれぞれに対して、これらの回転を得て駆動される第１発電機２０９及び第２発電機２１１を接続する。
本実施形態のように、既存の１軸の蒸気タービン船をFSRUのような浮体に変更する場合であっても、既存の推進装置を改造して発電機の駆動用として用いることができる。また、蒸気タービン駆動機１Ａ，１Ｂは、各駆動軸２０５，２０７が独立して制御することができるので、各発電機２０９，２１１の発電量を任意に調整することができ、電力需要に対して柔軟に対応することができる。
１Ａ，１Ｂ 蒸気タービン駆動機
４ 第１駆動軸
７ 前進用高圧タービン（高圧側タービン）
１１ 前進用第１低圧タービン（低圧側タービン）
１３ 前進用第２低圧タービン（低圧側タービン）
１４ 第２駆動軸
３３，８０ 蒸気ダンプ配管（圧力制御手段）
３５，８２ 減圧弁（圧力制御手段）
３７ 低圧駆動蒸気配管
５６，８４ 圧力センサ（圧力制御手段）
５８ 第２制御部（圧力制御手段）
６２ 逆止弁
８６ 第５制御部（圧力制御手段）

Claims (6)

  1. 蒸気が供給されて駆動される高圧側タービンと、
    該高圧側タービンによって駆動される第１駆動軸と、
    前記高圧側タービンから排気された蒸気が供給されて駆動される低圧側タービンと、
    該低圧側タービンによって駆動される第２駆動軸と、
    を備えた蒸気タービン駆動機であって、
    前記高圧側タービンから排気されて前記低圧側タービンに供給される蒸気の圧力を制御する圧力制御手段を備え、
    前記低圧側タービンには、前記高圧側タービンの排気系統とは異なる別系統から導かれる蒸気が供給されることを特徴とする蒸気タービン駆動機。
  2. 前記圧力制御手段は、
    前記高圧側タービンから排気された蒸気の一部を分岐して復水器へと導く蒸気ダンプ経路と、
    該蒸気ダンプ経路を流れる蒸気を減圧する減圧弁と、
    前記低圧側タービンへと流れる蒸気が所定圧力となるように前記減圧弁を制御する制御部と、
    を備えていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン駆動機。
  3. 前記低圧側タービンは、前記高圧側タービンから供給される過熱蒸気に対して並列に設けられた第１低圧タービンおよび第２低圧タービンの２つの低圧タービンから構成され、
    前記第１低圧タービンのみに対して、前記別系統から蒸気が供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気タービン駆動機。
  4. 前記第１低圧タービンの入口側と前記高圧側タービンの排気側とを接続する蒸気供給経路には、該第１低圧タービンから該高圧側タービン側への蒸気の逆流を防止する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の蒸気タービン駆動機。
  5. 請求項１から４のいずれかに記載の蒸気タービン駆動機と、
    前記第１駆動軸によって回転駆動される第１プロペラと、
    前記第２駆動軸によって回転駆動される第２プロペラと、
    を備えていることを特徴とする船舶。
  6. 蒸気タービン駆動機と、
    第１駆動軸によって回転駆動される第１圧縮機と、
    第２駆動軸によって回転駆動される第２圧縮機と、
    前記第１圧縮機によって圧縮された冷媒を膨張させて冷熱を得る第１冷熱出力部と、
    前記第２圧縮機によって圧縮された冷媒を膨張させて冷熱を得る第２冷熱出力部と、
    を備え、
    前記第１冷熱出力部および前記第２冷熱出力部によってガスを冷却して液化し、
    前記蒸気タービン駆動機は、蒸気が供給されて駆動される高圧側タービンと、該高圧側タービンによって駆動される前記第１駆動軸と、前記高圧側タービンから排気された蒸気が供給されて駆動される低圧側タービンと、該低圧側タービンによって駆動される前記第２駆動軸とを備え、前記高圧側タービンから排気されて前記低圧側タービンに供給される蒸気の圧力を制御する圧力制御手段を備えていることを特徴とするガス液化装置。
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