3. 船舶対応技術の研究
3.1 負荷変動対応技術の研究
運転制御システムの設計検討
1. 開発課題
舶用主機向けの2軸再生式ガスタービンの制御システムとして最適な制御システムの構築を目的として、主に以下の課題を対象に研究・開発を実施した。
1) 2軸再生式ガスタービンの特徴を把握し、最適な制御方式を検討するためのシミュレーションモデルの構築
2) 負荷から定格負荷までの広い運転領域に対して安定した制御性を有し、かつ急激な負荷変動にも対応できる制御方式の確立
3) 部分負荷時の効率向上のため、圧縮機入口可変翼やタービン入口ノズルを用いた最適制御方式の開発
4) 舶用機器としての実船搭載を見据え、船級対応、冗長化対応を意識した制御システム設計
2. 開発成果
平成12年度までの研究において、シミュレーションモデルの構築、それを用いた制御方式の検討および制御ロジック設計、制御システムの設計などを実施し、平成13年度に予定している陸上実証試験のための制御装置の製作を進めている。以下には、平成12年度までの開発成果の概要をまとめる。
1) シミュレーションモデルの構築
2軸再生式ガスタービンに最適な制御方式の検討を行うため、2軸再生式ガスタービンの特性を適切に再現できるシミュレーションモデルを構築した。具体的には、ガスタービンの構成要素ごとに物理モデルを作成し、それらを結合して全体モデルを構成した(図3.1-1参照)。なお、圧縮機、タービンモデルは、F型、V型にも対応できるようになっており、個々の構成での特性を模擬できるようにしている。また、推進器モデルについても、幾つかのバリエーションに対応できる構成としている。
これにより、舶用主機向けの2軸再生式ガスタービンの特性をかなり詳細に模擬できるようになり、制御方式の検討を行う上で有効に活用できるモデルが得られた。
2) 負荷変動対応制御方式の確立
上記シミュレーションモデルを用いて負荷変動シミュレーションを行い、2軸ガスタービンの急負荷変動時の特性を把握するとともに、その急負荷変動に対応できるような燃料制御方式の検討を行った(急加速シミュレーション例については図3.1-2参照)。その結果、2軸ガスタービンの場合には、急加速時のサージング、急減速時の吹消えを抑えながら、いかに急加速、急減速を行うかが重要であることがわかり、急負荷変動時の加速度、減速度を制御できるような制御ロジック構成とした(全体制御系統については図3.1-3参照)。
